Анализ и синтез дискретных систем управления технологическими потоками: алгоритмы и программы: Лабораторный практикум

Министерство высшего и профессионального образования Российской Федерации ОРЕНБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра автоматики и автоматизированного производства

Ю.Р.Владов

ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ Анализ и синтез дискретных систем управления технологическими потоками: алгоритмы и программы по курсам "Системы управления технологическими процессами", "Автоматика и автоматизация производственных процессов", "Теория технических систем и методы инженерного творчества"

Оренбург 1998

ББК 32.965.6я7 В 57 УДК 681.511(075.8)

Анализ и синтез дискретных систем управления технологическими потоками: алгоритмы и программы: Лабораторный практикум. Введение В последние годы наблюдается всплеск интереса к использованию нечетких интеллектуальных технологий в промышленности, экономике, системах военного применения, построенных на нечеткой логике, предложенной в 1965 г. Л.Заде. Рост спроса на нечеткие контроллеры в технологических средах достиг 3 млрд. долларов в год и возрастет до 8 млрд. долларов в 1998 г. Создаются научные лаборатории и международные центры (лаборатория LIFE, Япония, Европейская лаборатория ELITE и программа ESPRIT), образованы сотни фирм, работающих в области создания инструментальных сред для разработки нечетких систем. В 1995 г. по этой проблеме проведено более 20 международных конференций и опубликовано 266 сборников и монографий и это число непрерывно растет /1/. С другой стороны нечеткая логика представляет собой непосредственное обобщение и дальнейшее развитие 2-х значной булевой логики на интервальное множество значений. На основе последней можно строить и совершенствовать алгоритмическое, программное и изобретательское обеспечение дискретных систем управления технологическими потоками, для более широкого их применения при автоматизации производственных процессов. В связи с этим разработка технологии изучения, анализа и синтеза дискретных (логических и цифровых) систем автоматики посредством компьютерного моделирования приобретает особую актуальность и практическую значимость. Лабораторный практикум представляет собой переработанное и существенно дополненное издание лабораторного практикума автора, в котором дано описание некоторых дискретных систем управления из различных классов составленной классификации с уравнениями, схемами алгоритма, таблицами режимов работ и программами, ориентированными на программируемые микрокалькуляторы1). В опубликованных информлистках Оренбургского ЦНТИ NN 110-91, 91-14, 91-16, 25-92, 24-92, 78-91, 75-91, 91-91, 91-15, 78-91, 91-12 и др., посвященных анализу некоторых дискретных систем управления технологическими потоками, в том числе защищенных авторскими свидетельствами и па-

Владов Ю.Р. Составление логических алгоритмов управления и их программирование. -Оренбург: ОрПИ, 1986. -22 с. 2 1)

тентами на изобретение, ориентация сделана на программирование на языке Microsoft Basic в интегрированной многооконной среде QuickBASIC. В фонде Оренбургского ЦНТИ имеется техническая документация N 91030- 050 на ряд разработанных и внедренных дискретных систем управления технологическими потоками, поддержанных комплексом авторских свидетельств СССР и патентов РФ на изобретение. Документация распространяется по заказам заинтересованных лиц и предприятий. Можно также ознакомиться с рядом действующих ДСУ на лабораторных стендах кафедры автоматики и автоматизированного производства ОГУ. В данном издании значительно расширен круг рассмотренных ДСУ, а также представлено разработанное для них алгоритмическое, программное (среда Турбо Паскаля) и изобретательское обеспечение. Полученные компьютерные модели можно также использовать и в качестве тренажера для обучения персонала управленческим навыкам.

1 Изучение моделирования дискретных систем управления Сложившийся в течение последних 3-х десятилетий подход к проектированию управляющих автоматов основывается на идеях и методах теории дискретных устройств и конечных автоматов, изложенной в работах В.М.Глушкова, М.А.Гаврилова, В.Г.Лазарева, Д.А.Поспелова, Д.Хафмана, Р.Миллера и др. /2, 3, 4/. На кафедре автоматики и автоматизированных производств ОГУ развит подход к изучению, построению и моделированию управляющих устройств, основанный на логических алгоритмах и программах, позволяющий добиться в процессе выполнения составленных работ приобретения необходимых знаний, навыков и умений /5/. Рациональная многоуровневая иерархическая классификации ДСУ. Дискретные системы управления целесообразно подразделить на первом уровне на три класса: системы дистанционного управления (СДУ), обеспечивающие управление объектом на дистанции; позиционные системы управления (ПСУ), у которых регулирующий элемент занимает определенные положения (позиции) и цифровые автоматы (ЦА), оперирующие с логическими входными и выходными сигналами и имеющие некоторое множество внутренних состояний. На втором уровне классификации СДУ подразделяем на системы управления с 1-им, 2-мя и многими исполнительными элементами; ПСУ - на 2-х и З-х позиционные системы автоматического управления, а ЦА - на комбинационные, имеющие единственное внутреннее состояние, и последовательные с многими внутренними состояниями. На более низком иерархическом уровне целесообразна градация, соответствующая конкретным устройствам и системам управления. Педагогический опыт и анализ возникающих ситуаций привел к следую3

щей методике обучения дискретным системам управления. Ставится задача управления, затем составляется вариант принципиальной электрической схемы, дается описание системы в статике и динамике. После чего демонстрируется соответствующая стендовая система в допустимых режимах работы, обращается внимание на возможные аварийные режимы и особенности использованных общепромышленных и программируемых средств автоматики. Далее анализ системы управления, в том числе аварийных режимах, проводится на компьютере с использованием создаваемой в процессе обучения программной модели. Для этого составляется система логических уравнений, соответствующая количеству выходных элементов системы. Рационально для входных и выходных элементов системы управления не вводить новые обозначения, а использовать обозначения, принятые стандартом. Полученную систему логических уравнений либо используют непосредственно, либо, в более простых случаях, преобразуют в арифметическую форму. Затем, при необходимости, предлагается схема алгоритма. По системе уравнений или схеме алгоритма составляется программа на любом алгоритмическом языке (желательно использование современных систем программирования Тurbo Pascal, QuickBasic QBasic) и др., таблица возможных рабочих и аварийных режимов, в которой проставляются значения входных и выходных переменных. Порежимная прогонка программной модели позволяет удостовериться в правильности логического алгоритма функционирования системы, и добиться желаемой обратной связи. В отчете по каждой работе представить название и цель работы, разработанную принципиальную электрическую схему соответствующей ДСУ, алгоритм управления в алгебраической, графической, табличной и программной формах и выводы.

1.1 Изучение и моделирование типовой системы дистанционного управления 1.1.1 Цель работы Изучить принцип действия и режимы работы систем дистанционного управления (СДУ), широко применяемые для автоматизации технологических объектов управления (ТОУ). Разработать различные формы моделей для моделирования типовой СДУ. На основе программной модели выяснить выполнение всех функций в различных режимах работы типовой СДУ. 1.1.2 Основные теоретические сведения 1.1.2.1 Понятие о СДУ

4

В отраслевой автоматизации большое распространение получили СДУ ТОУ. СДУ выполняют следующие основные функции: пуск и останов электро-

приводов, реверсирование частоты вращения, защиту от токовых перегрузок, различные блокировки от ошибочных действий персонала, обеспечение заданной последовательности и продолжительности технологических операций, сигнализацию и др. В любой СДУ имеются две основные электрические цепи: цепь главного тока или силовая и цепь вспомогательного тока или цепь управления. Дополнительно системы оснащаются цепями блокирующих связей, сигнализации, автоматического контроля и регулирования. Смысл дистанционного управления: воздействие оператора посредством соответствующих кнопок на длинную (до 100-150 м) слаботочную цепь СДУ приводит в движение электропривод различных технологических объектов, включенный в короткую силовую цепь главного тока. СДУ построены на основе электромагнитных аппаратов: реле, контакторов, магнитных пускателей, аппаратов ручного действия - кнопок управления: "Пуск", "Стоп", "Вперед", "Назад" и др. Особенностью СДУ является то, что токи, протекающие по силовой цепи и зависящие от типа и назначения привода, значительны по величине, а токи, протекающие по цепи управления, в тысячу раз и более меньше (десятки и сотни мА). 1.1.2.2 Принципиальная электрическая схема типовой СДУ Графическое изображение системы, отображающее в максимальной степени ее принцип действия, называют принципиальной схемой. Поскольку СДУ чаще реализуют на электрических элементах автоматики, то рассмотрим принципиальную электрическую схему в соответствии с рисунком 1.1 .

5

Рисунок 1.1 – Принципиальная электрическая схема типовой СДУ Цепь главного тока включает в себя следующие элементы: А,В,С - фазы 4-х проводной промышленной сети переменного тока (~380 В, 50 Гц); QFавтоматический выключатель, предназначен для ручной коммутации цепи, а также для защиты силовой цепи от короткого замыкания (к.з.) в ней; КМ.1силовые контакты магнитного пускателя или электромагнитного контактора КМ; КК-биметаллические пластины теплового реле, предназначенного для защиты электродвигателя от токовой перегрузки (как правило, токовые перегрузки возникают при обрыве одной из фаз); М-асинхронный 3-х фазный электродвигатель с короткозамкнутым ротором. РМ-рабочая машина или аппарат, приводимая в действие электродвигателем М; Цепь управления состоит из следующих элементов: FU - предохранитель, предназначенный для защиты этой цепи от короткого замыкания (к.з.); SB1, SB2-кнопки управления "Стоп" и "Пуск". Они предназначены для ручного воздействия на СДУ; КМ, КМ.2- катушка и замыкающий контакт магнитного пускателя или электромагнитного контактора КМ. Контакт КМ.2 выполняет функцию "Памяти", т.к. запоминает факт нажатия подпружиненной кнопки SB2; HLсигнальная лампа, предназначенная для индикации включенного состояния КМ; КК.1-размыкающий контакт теплового реле КК, которое предназначено для отключения СДУ при токовой перегрузке. СДУ работает следующим образом. Для приведения системы в исходное состояние необходимо включить автоматический выключатель QF. После чего напряжение появляется в цепи главного и вспомогательного тока, но электрический ток в них не протекает, т.к. они разомкнуты. Режим пуска СДУ наступает в момент нажатия кнопки SB2. Тогда ток начинает протекать в цепи управления по следующему пути: фаза С-QF-FU1SB1- SB2-KM-KK.1-FU2-QF-нулевой провод. КМ срабатывает, все замыкающие контакты его замкнутся и М подключится к сети. В режиме длительной работы SB2 отключена, но ток по-прежнему протекает в цепи управления, но только по замкнувшемуся контакту КМ.2. В этом режиме СДУ работает все время, требующееся по технологическим требованиям. Режим "Остановки" в произвольный момент времени реализуется нажатием кнопки SB1, соответствующий контакт размыкает цепь управления, КМ отключается и электродвигатель М останавливается. При к.з. в силовой цепи срабатывает QF и отключает СДУ от сети А,В,С. При к.з. в цепи управления перегорают предохранители FU1 и/или FU2 - КМ, а затем и М отключаются. В случае токовой перегрузки биметаллические пластины теплового реле КК нагреваются и под действием пружины контакт КК.1 размыкается, отключая этим КМ и М. 1.1.2.3 Составление алгоритма управления 6

Используя известные в алгебре логики правила, составим логический алгоритм управления в алгебраической форме. Для рассматриваемой СДУ его можно представить в виде системы двух логических уравнений: KM=QF/\FU1i/\SB1i/\(SB2\/KM_2)/\KK_1i/\FU2i; M=QF/\KM_1/\KK,

(1.1) (1.2)

где /\ -операция конъюнкция, соответствующая последовательному соединению элементов в СДУ; \/-операция дизъюнкция, соответствующая параллельному соединению элементов в СДУ; i-инверсная логическая переменная. Другая форма представления алгоритма управления СДУ - графическая. Составим схему алгоритма СДУ, представленную на рисунке 1.2, используя стандартные обозначения отдельных блоков. Для моделирования СДУ на компьютере составим программу (см. п. 2.1.1), для чего удобно ввести промежуточную переменную КМО, отражающую состояние КМ в предшествующем режиме работы СДУ. Можно воспользоваться готовыми компьютерными системами типа Eureka1) , MathCad2) соответствующей инструкцией работы с ней. При моделировании СДУ информативнее составить таблицу режимов 1.1. В ней выключенное состояние элементов отражаем 0, а включенное - 1. Каждая строчка соответствует определенному режиму работы СДУ. Запуская программу и вводя значение входных переменных, сравниваем вычисленные компьютером значения выходных переменных с табличными и если все значения выходных переменных в каждом режиме совпадут с табличными, то программная модель составлена правильно и является адекватной реальной системе. 1.1.3 Порядок выполнения работы 1.1.3.1 Изучить основные теоретические сведения. 1.1.3.2 Составить принципиальную электрическую схему СДУ двумя электродвигателями, включенными параллельно и управляемыми одним магнитным пускателем. Разобраться с принципом действия рассматриваемой системы. Дьяконов В.П. Система MathCAD: Справочник. -М.: Радио и связь, 1993. -128 с. 2) Дьяконов В.П. Справочник по применению системы Eureka. -М.: Физматгиз, 1993. -96 с. 1)

7

Рисунок 1.2 – Схема алгоритма типовой СДУ 8

1.1.3.3 По принципиальной электрической схеме составить систему логических уравнений. 1.1.3.4 Составить схему алгоритма управления разработанной СДУ. 1.1.3.5 Составить таблицу режимов и заполнить ее. 1.1.3.6 Написать программу для моделирования СДУ и ввести ее в компьютер или, используя одну из компьютерных систем (Eureka, MathCad), запрограммировать систему уравнений. 1.1.3.7 Запуская для каждого режима программу или выбранную компьютерную систему, проверить соответствие значений выходных переменных табличным. 1.1.3.8 Сделать выводы по работе СДУ двумя параллельно включенными электродвигателями. 1.1.4 Контрольные вопросы 1.1.4.1 Назовите основные функции, выполняемые СДУ. 1.1.4.2 Из каких элементов составляются СДУ? 1.1.4.3 Правила составления логических уравнений для СДУ. 1.1.4.4 Поясните один из режимов работы СДУ по схеме алгоритма. 1.1.4.5 Какие особенности в составлении программы для СДУ ? 1.1.4.6 Как исследовать правильность функционирования СДУ, располагая программой или интегрированной средой Eureka или MathCAD? Таблица 1.1 - Режимы работы типовой СДУ Наименование режима 1 Исходный 2 Пуск 3 Длительная работа 4 Стоп 5 КЗ в силовой цепи 6 КЗ в цепи управлен 7 Токовая перегрузка

QF 1 1 1

FU 1 1 1 1

1 0

Входные параметры SB1 SB2 KM0 KK

KK_1

Выходные KM M

1 1 1

0 1 0

0 0 1

1 1 1

1 1 1

0 1 1

0 0 1

1 1

0 1

0 0

0 1

1 1

1 1

0 0

0 0

1

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

1

0

1

1

0

0

0

9

1.2 Изучение и моделирование систем дистанционного управления протяженными рабочими агрегатами 1.2.1 Цель работы Изучить аппаратуру, принцип действия и режимы работы дискретных систем дистанционного управления (СДУ) протяженными рабочими агрегатами, широко применяемыми для автоматизации технологических объектов управления (ТОУ). Разработать различные формы моделей для моделирования СДУ. На основе программной модели выяснить выполнение всех функций в различных режимах работы СДУ. 1.2.2 Краткие теоретические сведения Проблемы с техникой безопасности и лучшей организацией работ в протяженных рабочих машинах можно решить, если воспользоваться возможностями, предоставляемыми системами дистанционного управления. Идея технического решения заключается в использовании нескольких постов управления, расположенных на определенном расстоянии. Каждый пост управления включает в себя кнопки управления. При подключении постов управления к СДУ кнопки "Стоп", имеющие размыкающийся контакт включают последовательно, а кнопки "Пуск", построенные на размыкающемся контакте, подсоединяют параллельно. Составим принципиальную схему СДУ с двумя постами управления в соответствии с рисунком 1.3. Система логических уравнений для рассматриваемой СДУ имеет вид: KM=QF/\FUi/\SB1.1i/\SB2.1i/\KK1i/\(SB1.2\/SB2.2\/KM2); M = QF /\ KM.1 /\ KK.

(1.3) (1.4)

Схема алгоритма рассматриваемой СДУ представлена на рисунке 1.4, а программу можно найти в п. 2.1.1.2 Принцип действия рассматриваемой СДУ тот же, поэтому надо убедиться в правильности выполнения режимов "Пуск" и "Останов" электродвигателя М с постов 1 и 2. Последние отражены в упрощенной таблице режимов 1.2 . 1.2.3 Порядок выполнения работы По аналогии с разобранным материалом выполнить следующее: - составить принципиальную электрическую схему СДУ с тремя постами и разобраться с принципом действия рассматриваемой системы; - по принципиальной электрической схеме составить систему логических уравнений; - составить схему алгоритма управления разработанной СДУ; 10

- написать программу для моделирования СДУ и ввести ее в компьютер; - составить таблицу режимов и заполнить ее; - запуская программу, проверить соответствие полученных выходных переменных табличным значениям; - сделать выводы.

Рисунок 1.3 – Принципиальная электрическая схема СДУ протяженной рабочей машины

Таблица 1.2 - Режимы работы СДУ протяженным рабочим агрегатом с двумя 11

постами Наименование режима FU

SB11

SB21

SB12

SB22

KM1

KM2

KK1

KK

Выходные

QF 1Иходн ый 2 Пуск с 1 поста 3 Рабочий 4 Стоп с 1 поста 5 Пуск со 2 поста 6 Рабочий 7 стоп со 2 поста

Входные параметры

KM

1

1

1

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

0

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

0

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

1

1

1

0

1

M

1.2.4 Контрольные вопросы 1.2.4.1 Назовите основные функции, выполняемые СДУ с несколькими постами. 1.2.4.2 На базе каких элементов строятся СДУ и посты управления? 1.2.4.3 Методика составления логических уравнений для дискретных систем управления вообще и для СДУ с несколькими постами в частности ? 1.2.4.4 Поясните по схеме алгоритма "Пуск" и "Останов" СДУ со 2-го или 3-го поста. 1.2.4.5 Какие особенности в составлении программы для СДУ протяженными рабочими агрегатами? 1.2.4.6 Как исследовать правильность функционирования СДУ, располагая программой и таблицей режимов?

12

Рисунок 1.4 – Схема алгоритма СДУ протяженной рабочей машины

1.3. Изучение и моделирование реверсивных систем 13

дистанционного управления 1.3.1 Цель работы Изучить принцип действия и режимы работы реверсивных систем дистанционного управления, применяемые при автоматизации технологических объектов управления. Разработать алгоритм управления в различных формах. На основе программной модели получить основные режимы работы реверсивной СДУ и выяснить выполнение всех функций. 1.3.2 Краткие теоретические сведения Реверсированием называют процесс изменения направления частоты вращения привода на противоположное. Эту задачу в соответствующей СДУ выполняет реверсивный магнитный пускатель КМ, состоящий из двух электромагнитных контакторов КМ1 ("Вперед") и КМ2 ("Назад"), замыкающие контакты КМ13 или КМ23 которых в соответствии с рисунком 1.5 при включении изменяют порядок чередования фаз 3-х фазной цепи на противоположный, переключая при этом фазы L1 и L3. Как видно из принципиальной электрической схемы реверсивной СДУ, во избежание короткого замыкания между фазами L1 и L2 при одновременном срабатывании обоих контакторов в цепи управления предусмотрена электрическая блокировка в виде размыкающихся контактов противоположных контакторов. В реверсивных СДУ широко применяется также механическая блокировка (рисунок 1.6), при которой цепь катушки каждого контактора включает последовательно включенные размыкающийся контакт противоположной кнопки "Пуск" (SB21, SB21) и замыкающийся контакт собственной кнопки "Пуск" (SB22, SB32). Алгоритм управления записан в виде системы трех логических уравнений (1.5-1.7) KM1 = FUi /\ SBi /\ (SBB \/ KM11) /\ KM22i /\ KK1i; KM2 = FUi /\ SBi /\ (SBN \/ KM21) /\ KM12i /\ KK1i; M = QF/\ (KM13 \/ KM23) /\ KKi.

(1.5) (1.6) (1.7)

В таблице 1.3 приведены все возможные режимы работы СДУ, в том числе действие электрической блокировки. Примеры программных моделей реверсивных СДУ приведены в п. 2.1.2 .

14

а)

б) Рисунок 1.5 – Принципиальная электрическая схема реверсивной СДУ (а) и схема цепи управления реверсивной СДУ с электрической блокировкой (б) 15

Таблица 1.3 - Режимы работы реверсивной СДУ с электрической блокировкой

FU

SB

SBB

SBN

KM11

КM21

KM12

KM22

KM13

KM23

KK

KK1

KM1

KM2

M

Входные и выходные параметры QF

Наименование режима Исходный Пуск вперед

1

1

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

1

0

0

1

1

1

0

0

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

Пуск назад Рабочий

1

1

1

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

0

1

0

1

1

1

0

0

0

1

1

0

0

1

1

1

0

1

1

Стоп

1

1

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

КЗ силовой цепи

0

1

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

0

КЗ цепи управл

1

0

1

0

0

0

0

1

1

0

0

1

1

0

0

1

Обрыв одной из фаз

1

1

1

0

0

0

0

1

1

0

0

0

0

0

0

1

Пуск 1 вперед при работе назад Пуск 1 назад при работе вперед

1

1

1

0

0

1

1

0

0

1

1

1

0

1

1

Рабочий

Стоп

16

1

1

0

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

0

1

Рисунок 1.6 – Схема механической блокировкки на кнопках управления 1.3.3 Порядок выполнения работы По аналогии с разобранным материалом выполнить следующее: - разработать принципиальную электрическую схему реверсивной СДУ с комбинированной блокировкой в виде совокупности электрической и механической блокировок и разобраться с принципом действия рассматриваемой системы; - по принципиальной электрической схеме составить систему логических уравнений; - вычертить схему алгоритма разработанной СДУ; - составить таблицу режимов и заполнить ее; - написать программу для моделирования реверсивной СДУ с комбинированной блокировкой, ввести ее в компьютер и отладить или, используя компьютерную систему Eureka, MathCad, записать по соответствующим правилам уравнения (1.5 - 1.7); - запуская программнyю модель, проверить для каждого режима соответствие значений выходных переменных таблично заданным; - сделать выводы по работе. 1.3.4 Контрольные вопросы 1.3.4.1 Назовите основные функции, выполняемые реверсивными СДУ. 1.3.4.2 Из каких элементов составляются реверсивные СДУ? 1.3.4.3 Методика составления логических уравнений для реверсивных СДУ. 1.3.4.4 Поясните по схеме алгоритма режимы работы реверсивных СДУ "Пуск вперед при длительной работе назад" и "Пуск назад при длительной работе вперед". 1.3.4.5 Какие особенности в составлении программы для реверсивной СДУ ? 1.3.4.6 Как установить правильность функционирования реверсивной СДУ, располагая программой и таблицей режимов? 17

18

Рисунок 1.7 – Схема алгоритма реверсивной СДУ

1.4 Изучение и моделирование СДУ включением резервного электродвигателя 1.4.1 Цель работы Изучить принцип действия и характерные режимы работы системы дистанционного управления (СДУ) включением резервного электропривода, применяемые для повышения надежности ответственных технологических агрегатов, например, дымососов, аспирационных вентиляторов и др. Разработать алгоритм управления в различных формах: алгебраической, графической, табличной и программной. На основе программной модели выяснить выполнимость основных функции данной СДУ. 1.4.2 Основные теоретические сведения 1.4.2.1 Принципиальная электрическая схема СДУ включением резервного электродвигателя Для многих ответственных машин предъявляются жесткие требования бесперебойной работы. Чтобы избежать остановки при выходе из строя основного электродвигателя его дублируют резервным, который должен включаться автоматически после аварийного или профилактического отключения основного и тем самым обеспечить нормальный режим функционирования рабочей машины. Такая функция может выполняться соответствующей СДУ. Составим принципиальную электрическую схему СДУ включением резервного электродвигателя в соответствии с рисунком 1.8. Цепь главного тока включает в себя следующие элементы: А,В,С - фазы 4-х проводной промышленной сети переменного тока (~380 В, 50 Гц); QF1 и QF2-автоматические выключатели, предназначенные для ручной коммутации, а также для защиты силовых цепей от короткого замыкания (к.з.) в ней; КМ1.1 и КМ2.1-силовые контакты магнитных пускателей КМ1 и КМ2; КК1 и КК2-биметаллические пластины тепловых реле, защищающие электродвигатели от токовой перегрузки (как правило, токовые перегрузки возникают при обрыве одной из фаз. Этот случай моделируется размыканием биметаллической пластины.); М1 и М2 - асинхронные 3-х фазные электродвигатели с короткозамкнутым ротором; РМ-рабочая машина или аппарат, приводимая в действие одним из электродвигателей М1 или М2; Цепь управления состоит из следующих элементов: FU1, FU2предохранители, предназначенные для защиты цепей вспомогательного тока от короткого замыкания (к.з.); SB1.1, SB2.1, SB1.2, SB2.2-кнопки управления "Стоп" и "Пуск". Они предназначены для ручного воздействия на СДУ; КМ1, КМ2, КМ1.2, КМ2.2-катушки и замыкающие контакты магнитных пускателей. Контакты КМ1.2 и КМ2.2 выполняют функцию "Памяти", т.к. запоминают факт нажатия подпружиненных кнопок SB1.2 и SB2.2; КМ1.3 и КМ2.3-размыкающие контакты, включенные параллельно кнопкам "Пуск" в противоположных це19

пях и обеспечивающие как раз функцию резервирования; HL1 и HL2сигнальные лампы, предназначенные для индикации включенного состояния КМ1 и КМ2; КК1.1 и КК2.1-размыкающие контакты тепловых реле КК1 и КК2, отключающие М1 или М2 при токовых перегрузках. СДУ работает следующим образом. Для приведения системы в исходное состояние необходимо включить один из автоматических выключателей QF1 или QF2 в зависимости от того, какой двигатель хотят запустить в данный момент, предположим М1. После чего напряжение появляется в цепи главного и вспомогательного тока, но электрический ток в них не протекает, т.к. они разомкнуты. Режим пуска двигателя М1 наступает в момент нажатия кнопки SB1.2. Тогда ток начинает протекать в цепи управления по следующему пути: фаза СQF1-FU1.1-SB1.1- SB1.2-KM1-KK1.1-FU1.2-фаза В. КМ1 срабатывает, все замыкающие контакты его замкнутся и М1 подключится к сети, а размыкающийся контакт КМ1.3 в противоположной цепи разомкнется. В режиме длительной работы М1 SB1.2 отключена, но ток по-прежнему протекает в цепи управления по замкнувшемуся контакту КМ1.2. После этого необходимо включить QF2, подготавливая СДУ к выполнению функции резервирования. В этом режиме СДУ М1 работает все время до момента отключения КМ1 по любым причинам. Как только КМ1 отключится, то его контакт КМ1.3 в противоположной цепи замкнется и включит цепь электродвигателя М2 и т.д. Режим полной "Остановки" СДУ в произвольный момент времени реализуется выключением обоих автоматических выключателей QF1 и QF2. 1.4.2.2 Разработка алгоритма СДУ Используя известные в алгебре логики правила, составим алгоритм управления в алгебраической форме. Для рассматриваемой СДУ его можно представить в виде системы четырех логических уравнений (1.8 - 1.11): KM1=QF1/\FU1i/\SB1.1i/\(SB1.2\/KM1.2\/КМ2.3i)/\KK1.1i; M1=QF1/\KM1.1/\KK1; KM2=QF2/\FU2i/\SB2.1i/\(SB2.2\/KM2.2\/КМ1.3i)/\KK2.1i; M2=QF2/\KM2.1/\KK2.

(1.8) (1.9) (1.10) (1.11)

где, /\ -операция конъюнкция, соответствующая последовательному соединению элементов в СДУ; \/-операция дизъюнкция, соответствующая параллельному соединению элементов в СДУ; i-инверсная логическая переменная. Другая форма представления алгоритма управления СДУ - графическая.

20

а)

б) Рисунок 1.8 – Принципиальная электрическая схема силовой цепи (а) и СДУ включением резервного электродвигателя (б) Составим схему алгоритма СДУ, используя стандартные обозначения 21

отдельных блоков в соответствии с рисунком 1.9.

Рисунок 1.9 – Схема алгоритма СДУ включением резервного электродвигателя Для моделирования данной СДУ на компьютере составим программу (см. 22

п. 2.1.2) или, используя логические уравнения (1.8 - 1.11), запишем их по соответствующим правилам в среде Eureka или MathCad. При моделировании СДУ также используем таблицу режимов 1.4, в которой выключеное состояние элементов отражаем 0, а включенное - 1. Каждая строчка соответствует определенному режиму работы СДУ. Вводя значение входных переменных и запуская программу, сравниваем вычисленные компьютером значения выходных переменных с табличными и если все значения выходных переменных в каждом режиме совпадут с таблично заданными, то программная модель составлена правильно и является адекватной реальной системе. 1.4.3 Порядок выполнения работы Изучить основные теоретические сведения и выполнить следующее: - составить принципиальную электрическую схему СДУ включения резервного электродвигателя, если а) М1 является основным, а М2 - резервным или б) М2 является основным, а М1 - резервным; - по принципиальной электрической схеме составить систему логических уравнений; - составить схему алгоритма управления разработанной СДУ; - составить таблицу характерных режимов; - разработать программу для моделирования СДУ и ввести ее в компьютер или, используя компьютерную систему Eureka или MathCad, записать по соответствующим правилам систему уравнений; - запуская программу или компьютерную систему, проверить соответствие для каждого режима выходных переменных таблично заданным значениям; - сделать выводы по работе СДУ включением резервного электродвигателя. 1.4.4 Контрольные вопросы 1.4.4.1 Назовите основные функции, выполняемые СДУ включением резервного электродвигателя. 1.4.4.2 Какие элементы СДУ обеспечивают автоматическое включение резервного электропривода? 1.4.4.3 Правила составления логических уравнений для СДУ. 1.4.4.4 Поясните один из характерных режимов работы рассматриваемой СДУ по схеме алгоритма. 1.4.4.5 Какие особенности в составлении программы для СДУ ? 1.4.4.6 Как проверить правильность функционирования СДУ включением резервного электропривода, располагая программой или интегрированной средой Eureka или MathCAD? Таблица 1.4 - Режимы работы СДУ включением резервного привода 23

Наименование жима

ре-

Входные параметры

QF1 FU1 SB1.1 SB1.2 КМ1.1и2 KМ1.3 KK1.1 QF2 FU2 SB2.1 SB2.2 КМ2.1и2 KМ2.3 KK2.1 1 Исходный 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 2 Пуск М1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 3 Длитель работа 1 1 1 0 1 0 1 М1 1 1 1 0 0 1 1 4 Стоп М1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 5 Ост.М1 и запуск 1 1 1 0 0 1 1 М2 1 1 1 0 0 1 1 6 Длит. работа М2 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 1 0 1

Выходные параметры KM1 M1 KM2 М2 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1

1.5 Изучение и моделирование СДУ поточнотранспортных линий 1.5.1 Цель работы Изучить принцип действия и режимы работы систем дистанционного управления поточно-транспортных линий (ПТЛ). Разработать алгоритм управления в различных формах. На основе программной модели уточнить выполнение всех функций в характерных режимах работы СДУ ПТЛ. 1.5.2 Краткие теоретические сведения 1.5.2.1 Принципиальная электрическая схема СДУ ПТЛ Поточно-транспортная линия - совокупность согласованного по производительности технологического оборудования, связанного единым потоком вещества. По технологическим требованиям, предъявляемым к поточнотранспортным линиям, связанным с минимизацией прямых и косвенных потерь продукта, необходимо пуск и останов рабочих машин осуществлять в строго определенных последовательностях. Пусть ПТЛ составляют три рабочие машины с тремя электродвигателями М1-М3 и технологический поток направлен от М1 к М2 и М3. Пуск ПТЛ всегда осуществляют против хода (от М3 к М1), а ее останов - по ходу (М1-М2-М3) технологического потока. Составим принципиальную электрическую схему СДУ ПТЛ с учетом 24

обеспечения правильной последовательности ее пуска и останова (рисунок 1.10), используя имеющиеся в резерве у контакторов замыкающие контакты. Для обеспечения правильной последовательности пуска в цепях катушек контакторов, за исключением последнего, последовательно включаем замыкающие контакты последующих по ходу потока контакторов. В частности, в цепи катушек КМ2 и КМ1 включены замыкающие контакты соответственно КМ3.3 и КМ2.3 . Правильную последовательность остановки ПТЛ обеспечиваем шунтированием всех кнопок "Пуск", за исключением первой, замыкающими контактами предыдущих контакторов, на рисунке 1.10 это контакты КМ1.3 и КМ2.4 .

Рисунок 1.10 – Принципиальная электрическая схема СДУ ПТЛ 1.5.2.2 Алгоритм СДУ ПТЛ 25

Используя известные в алгебре логики правила, составим алгоритм СДУ ПТЛ в алгебраической форме. Система из шести логических уравнений (1.12 1.17) имеет вид: KM1=QF/\SB1.1i/\(SB1.2\/KM1.2)/\KM2.3/\KK1.1i; KM2=QF/\(SB2.1i\/KM1.4)/\(SB2.2\/KM2.2)/\KM3.3/\KK2.1i; KM3=QF/\(SB3.1i\/KM2.4)/\(SB3.2\/KM3.2)/\KM4.3/\KK3.1i; M1=QF1/\KM1.1/\KK1i; M2=QF2/\KM2.1/\KK2i; M3=QF3/\KM3.1/\KK3i.

(1.12) (1.13) (1.14) (1.15) (1.16) (1.17)

где, /\ - операция конъюнкция соответствует последовательному соединению элементов в СДУ; \/- операция дизъюнкция соответствует параллельному соединению элементов.; Инверсные логические переменные обозначаем дополнительным индексом i. Другая форма представления алгоритма управления СДУ - графическая. Составим схему алгоритма СДУ, используя стандартные обозначения отдельных блоков в соответствии с рисунком 1.11 . Для моделирования данной СДУ ПТЛ на компьютере составим программу (см. п. 2.1.3) или, используя логические уравнения (1.12 - 1.17), запишем их по соответствующим правилам в среде Eureka или MathCad. В таблице режимов 1.5 выключеное состояние элементов отражаем 0, а включенное - 1, причем учитываем только характерные режимы для СДУ ПТЛ, а именно, пуск и останов электродвигателей линии. Запуская программу, сравниваем вычисленные компьютером значения выходных переменных с табличными и если все значения выходных переменных в каждом режиме совпадут с таблично заданными, то программная модель составлена правильно и является адекватной реальной системе. 1.5.3 Порядок выполнения работы Изучив основные теоретические сведения, выполнить следующее: - составить принципиальную электрическую схему СДУ ПТЛ, включающей в себя или а) три электродвигателя, но первый или второй двигатель является реверсивным, или б) четыре электродвигателя; - по принципиальной электрической схеме составить систему логических уравнений; - составить схему алгоритма управления разработанной СДУ ПТЛ; - составить таблицу характерных для данной СДУ режимов; - написать программу для моделирования СДУ ПТЛ, ввести ее в компь26

Зютер и отладить или, используя компьютерную систему Eureka или MathCad, записать по соответствующим правилам логические уравнения; - запуская для каждого режима программнyю модель, проверить соответствие полученных выходных переменных таблично заданным значениям; - сделать выводы по работе.

Рисунок 1.11 – Схема алгоритма СДУ ПТЛ Таблица 1.5 - Режимы работы СДУ ПТЛ 27

KK

SB11

SB12

SB21

SB22

SB31

SB32

KM1о

KM2о

KM3о

KM1

M1

KM2

M2

KM3

M3

Исход ный Пуск 3 машины Длит раб 3 машины Пуск 2 машины Длит раб 2 машины Пуск 1 маштны Длит раб 1 маш ТЛ Наж. SB11 Останов 1 маш Наж. SB21 Останов 2 маш Наж. SB31 Останов 3 маш ПТС Неправ наж SB22 при пуск Неправ наж SB21 при ост.

Входные и выходные элементы QF

Режим 1

1

1

0

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

1

0

1

1

0

0

0

0

0

0

0

1

0

1

1

1

0

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

0

1

1

1

1

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

1

0

1

0

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

0

1

0

0

1

1

0

0

1

1

1

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

0

1

0

1

0

0

0

1

0

0

0

0

1

1

1

1

1

0

1

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

1

1

1

1

0

1

0

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

1

0

0

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1.5.4 Контрольные вопросы 28

1.5.4.1 Назовите основные функции, выполняемые СДУ ПТЛ. 1.5.4.2 Какие элементы СДУ ПТЛ обеспечивают правильную последовательность пуска и останова? 1.5.4.3 Дайте характеристику алгоритма СДУ ПТЛ в алгебраической форме. 1.5.4.4 Поясните характерные режимы работы рассматриваемой СДУ ПТЛ по схеме алгоритма. 1.5.4.5 Особенности программной реализации СДУ ПТЛ ? 1.5.4.6 Как проверить правильность функционирования СДУ ПТЛ, располагая программой или интегрированной средой Eureka или MathCAD?

1.6 Изучение, построение и моделирование комбинационных дискретных автоматов 1.6.1 Цель работы Изучить и использовать методику построения и моделирования комбинационных дискретных автоматов (КДА). 1.6.2 Краткие теоретические сведения Теория дискретных автоматов - частный случай математической теории систем. Она не изучает реальные физические устройства, а рассматривает абстрактные математические модели и их общие свойства. Однако на дискретные автоматы (ДА) нужно смотреть как на идеализированные модели многих реальных устройств. Идеи и методы, развитые в теории дискретных автоматов, полезны в самых различных областях науки и техники. На дискретные автоматы налагается ряд ограничений. Дискретный автомат может иметь только конечное количество входов и выходов, а также число состояний. В любой момент времени на входы конечного автомата могут поступать сигналы и на его выходах в качестве ответной реакции появляются адекватные сигналы. Смена сигналов происходит в дискретные моменты времени, которые отождествляют с целыми неотрицательными числами. Не рассматривается физическая природа сигналов. На каждый вход дискретного автомата может поступать только один сигнал и на каждом выходе может вырабатываться также только один сигнал. Удобно обозначать входы ДА переменными Х1, Х2,..., Хn, а его выходы Y1, Y2,..., Ym. Из требования конечности множеств входных и выходных сигналов вытекает, что n и m - конечные числа. Без потери общности ДА часто рассматривают, как имеющие один вход с сигналом Хi (i=1, 2,..., n) и один выход c Yj (j=1, 2,..., m). Под поведением ДА понимают его способность преобразовывать входные сигналы в выходные. Поведение ДА при наложенных ограничениях описано, 29

если указана функциональная зависимость выходного сигнала от входного в любой момент времени, причем часто выходной сигнал определяется не только входным, но и его предыдущей работой, запоминаемое некоторыми внутренними переменными. По входному сигналу и значениям внутренних переменных однозначно определяется выходной сигнал. ДА - совокупность пяти объектов: 1 конечного непустого множества Хi; 2) конечного непустого множества Yj; 3 конечного непустого множества Zs состояний; 4 переходной функции состояний F, отображающей преобразование множества упорядоченных пар (Xi, Zs) в множество Yj; 5 выходной функции G, отображающей множество упорядоченных пар (Xi, Zs) в множество Yj. Таким образом, ДА есть пятерка объектов < Xi, Yj, Zs, F, G>. В каждый момент времени на вход ДА поступает Xi, в тот же самый момент времени на выходе появляется Yj, а состояние ДА Zs меняется. Исходя из (п. 4 и 5), имеем Z(t+1) = F( X(t), Z(t)), Y(t) = G(X(T), Z(t)),

(1.18) (1.19)

где Z(t+1), Z(t) Є Z, X(t) Є X, Y(t) Є Y. Классификация ДА в зависимости от мощности множеств X, Y, Z и вида функций F и G предполагает следующие виды ДА. 1 ДА без памяти (комбинационные). Множество Z состоит из одного элемента и ДА есть тройка <X,Y,G>. Рекурентные соотношения (1.18, 1.19) вырождаются в соотношение Y(t) = G(X(T)).

(1.20)

2 Автономный ДА. Множество Х состоит из одного элемента и ДА есть четверка объектов < Xi, Yj, F, G>. Рекурентные соотношения (1.18, 1.19) вырождаются в соотношение Z(t+1) = F(Z(t)), Y(t) = G(Z(t)).

(1.21) (1.22)

3 ДА без выхода. Множество Y состоит из одного элемента и ДА есть тройка объектов < Xi, Zs, F>. Рекурентные соотношения (1.18, 1.19) вырождаются в соотношение Z(t+1) = F( X(t), Z(t)),

(1.23)

4 ДА с задержкой. Функция G зависит только от состояния Z(t) и соотношения (1.18, 1.19) принимают вид 30

Z(t+1) = F( X(t), Z(t)), (1.24) Y(t) = G(Z(t)),

(1.25)

5 ДА Мура. Функция G зависит от состояния Z(t+1), соотношения (1.18, 1.19) имеют вид Z(t+1) = F( X(t), Z(t)), (1.26) Y(t) = G(Z(t+1)).

(1.27)

Функции перехода F и выхода G задаются таблицами, которые называются таблицами переходов и выходов, а также графами. 1.6.2.1 Алгоритм построения комбинационных моделей Выделяют два существенно отличных класса дискретных автоматов: комбинационные (однотактные) и последовательные (многотактные). В первом случае функционирование управляющего устройства определяется только его состоянием в данном такте, а во втором - последовательностью смены операций управления в предыдущих тактах. Для описания комбинационных дискретных автоматов (КДА), в которых дальнейший ход цикла управления определяется состоянием входов и выходов КДА только в данном такте, часто используются таблицы истинности (соответствия), отражающие соответствие комбинаций входов и выходов. Алгоритм формализации КДА состоит из следующих предписаний: -составить содержательное описание, в котором словесно описать операции управления при нормальном ходе процесса и аварийных ситуациях; -разбить процесс управления на такты, характеризуемые неизменным состоянием входных (контролируемых параметров от датчиков) и выходных сигналов, подаваемых на исполнительные элементы; -проанализировав переходы от одного такта к другому при нормальных и аварийных ситуациях, установить логические ситуационные связи между входами и выходами КДА, обусловленные технологическими требованиями; -составить модель КДА в виде таблицы истинности и карт Карно, а также в алгебраической, графической и программной формах. Кроме того, предложить вариант принципиальной электрической схемы. 1.6.2.2 Составление таблицы истинности для управления процессом сортировки деталей на три группы В качестве моделей КДА, в которых дальнейший ход цикла определяется состоянием входов и выходов только в данном такте, часто используются таблицы истинности (соответствия), отражающие однозначное соответствие входов и выходов. При числе входов n возможны 2n комбинаций их единичного и нулевого уровней. Последовательность смены комбинаций в таблице истинности удобно располагать в виде кодов натурального ряда двоичных чисел. Составим таблицу истинности для процесса сортировки деталей на три 31

группы. Задача формулируется следующим образом. Провести сортировку деталей на три группы по длине, равной b, 2b и 3b, открывая заслонки соответствующих бункеров-накопителей, предназначенных для сбора деталей соответствующего размера. Контроль размера деталей осуществлять тремя датчиками Д1, Д2 и Д3 (например, фотоэлектрического типа), установленными поперек подающего устройства. Обозначая бункеры В1, В2 и В3, выделим следующие ситуации (таблица 1.6): 1. В зону автоматического контроля подается деталь размера b - перекрыт только один из датчиков (Д1 или Д2, или Д3), открыт бункер B1 (такты 1,2 и 4); 2. Подается деталь размером 2b - перекрыты два датчика (Д1 и Д2 или Д2 и Д3), открыт бункер B2 (такты 3 и 6); 3. Подается деталь размером 3b - перекрыты все три датчика, открыт бункер Б3 (такт 7). Таблица истинности составляется для всех возможных 8 комбинаций (тактов) сигналов датчиков (n=3). Выходные сигналы 0 или 1 соответственно обозначают, закрыт или открыт бункер. Анализ таблицы истинности показывает, что такт 5 соответствует аварийной ситуации, когда деталь перекрывает зону контроля датчиков Д1 и Д3 и не перекроет датчик Д2. Эту строчку заполняем Z для предотвращения аварийной ситуации (все бункеры закрыты, звучит сигнал тревоги). 1.6.2.3 Составление карт Карно для КДА процессом сортировки деталей на три группы При количестве входных переменных более 5-6-ти удобнее комбинационные модели представлять в виде карт (матриц) Карно. Для маркировки сторон карты Карно обозначения входных переменных пишут сбоку и сверху, и относятся они ко всей строке или столбцу, следующих за ними элементарных квадратиков. Основное требование при составлении карт Карно - соседние комбинации должны отличаться на значение только одной переменной. В каждом квадратике записывается значение логической функции, изображаемой данной картой, при соответствующих значениях входных переменных. Таблица 1.6 - Таблица истинности КДА NN Ком 0 1 2 3

NN D1 D2 D3 В1 В2 В3 ком 0 0 0 0 0 0 4 0 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 0 5 1 0 1 z z z 0 1 0 1 0 0 6 0 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 0 7 1 1 1 0 0 1 На рисунке 1.12 построены соответствующие карты Карно для КДА, управляющего процессом сортировки деталей на 3 группы.

32

D1

D2

Д1iД2i Д1 Д2i 0 1

D3 В1 В2 В3

Д1 Д2 0

Д1iД2 1

Д1iД2i Д1 Д2i Д3i 0 0

Д1 Д2 1

Д1iД2 0

1

z

0

0

Д3

0

z

а)

0

1

б) Д1iД2i 0 0

Д1 Д2i Д1 Д2 Д1iД2 Д3i 0 0 0 Д3 z 1 0 в) Рисунок 1.12 - Карты Карно для выходных переменных B1, B2 и B3 1.6.2.4 Составление модели КДА в различных формах Если для единичных значений выходных переменных по определенным правилам составить конъюнкции входных сигналов, а затем эти частичные конъюнкции объединить дизъюнкциями, которые в свою очередь объединить дизъюнкциями, то получим модель КДА в алгебраической форме. В частности, для выходных переменных B1, B2, B3 и Z КДА составлены соответственно уравнения (1.28-1.31, 1.32-1.34, 1.35 и 1.36) и в целом для управляющего устройства (1.37): B1.1 = D1/\D2i/\D3i; B1.2 = D1i/\D2/\D3i; B1.4 = D1i/\D2i/\D3; B1 = B1.1 \/ B1.2 \/ B1.4; B2.3 = D1/\D2/\D3i; B2.6 = D1i/\D2/\D3; B2 = B2.3 \/ B2.6; B3.7 = B3 = D1/\D2/\D3; Z = D1/\D2i/\D3; Х = B1\/B2\/B3\/Z.

(1.28) (1.29) (1.30) (1.31) (1.32) (1.33) (1.34) (1.35) (1.36) (1.37)

Представим КДА, управляющий процессом автоматической сортировки деталей на три группы в виде принципиальной схемы в соответствии с рисунком 1.13 и в графической форме в виде схемы алгоритма, изображенной на рисунке 1.14. Программные реализации моделей сортировочных КДА можно найти в 2.3.1.

33

Рисунок 1.13 – Принципиальная электрическая схема КДА сортировки изделий на три класса 1.6.3 Порядок выполнения работы Изучить процесс сортировки деталей на три группы, ввести программу в память ПК и проверить ее соответствие таблице истинности 1.6 или картам Карно в соответствии с рисунком 1.12. Построить комбинационную модель для процесса сортировки деталей на четыре группы по размерам b, 2b, 3b и 4b. Контроль размеров деталей осуществить четырьмя датчиками Д1,...,Д4. Детали группируются в четыре бункера В1,...,В4. Предложить конструктивную схему установки и описать технологический цикл. Составить таблицу истинности и карты Карно для процесса сортировки деталей на четыре группы, а также схему алгоритма и сделать выводы по рабо34

те.

Рисунок 1.14 – Схема алгоритма сортировочного КДА

35

1.6.4 Контрольные вопросы 1.6.4.1 Суть основных предписаний, входящих в алгоритм построения комбинационных моделей. 1.6.4.2 Предложите схему алгоритма процесса автоматической сортировки деталей на 3 группы на основе вычисления выражения Д1+Д2+Д3-2. 1.6.4.3 Предложите схему алгоритма процесса автоматической сортировки деталей на 3 группы на основе вычисления общих выражений для выходных логических функций В1, В2 и В3. 1.6.4.4 Предложите схему алгоритма процесса автоматической сортировки деталей на 3 группы на основе проверки состояния каждой входной логической переменной. 1.6.4.5 Предложите вариант схемы алгоритма процесса автоматической сортировки деталей на 3 группы с использованием логических операций (конъюнкция и дизъюнкция). 1.6.4.6 Составьте программу по схеме алгоритма для автоматической сортировки деталей на 4 группы и проверьте ее соответствие таблице истинности. 1.6.4.7 Составьте и поясните принципиальную электрическую схему для одной из выходных переменных КДА управления процессом сортировки.

1.7 Анализ, минимизация и синтез комбинационных дискретных автоматов 1.7.1 Цель работы Изучить методики анализа, минимизации и синтеза комбинационных дискретных автоматов (КДА). 1.7.2 Краткие теоретические сведения 1.7.2.1 Анализ комбинационных дискретных автоматов Теория дискретных автоматов находит широкое применение в практике проектирования логических систем управления для автоматизации технологических процессов в различных отраслях промышленности. В КДА состояние выходов в каждый момент времени однозначно определяется состоянием входов, независимо от времени формирования такой комбинации. Изменение значения выходного сигнала с прямого на противоположное или наоборот происходит за один такт. Условия работы КДА отображают в виде таблицы истинности (соответствия) или в виде карт Карно. В них каждому набору (комбинации) входных логических переменных поставлено в соответствии состояние выходов КДА. Рассмотрим КДА с 4-мя входными а1, а2, а3, а4 и 12-ю выходными Х1,...,Х12 сигналами, заданного таблицей истинности 1.7. Значения выходных переменных

36

зашифрованы следующим образом: 0 и 1 - обязательные состояния; u - условные и z - запрещенные состояния. Если есть программная модель КДА, то, вводя значения входных переменных а1, а2, а3 и а4 согласно 16-ти возможным комбинациям и запуская каждый раз программу на счет, будем получать значения выходных переменных Х1,Х2,-,Х12. Условия работы КДА (единичные и условные значения), например для выходной переменной Х1 , запишутся: Х1 ={(1,0,0,0), (0,1,0,0), (1,1,0,0), (0,0,1,0), [(1,0,1,0), (0,1,1,0), (0,0,0,1), (1,0,0,1), (0,0,1,1)]} a1 a2 a3 a4.

(1.38)

Таблица 1.7 - Таблица истинности КДА

Х5

0 1 1 u 1 u u 0 1 u z z u 0 z z

1 1 0 u 0 u u z 0 u u z u z z 1

1 1 1 u 0 u u z 1 u u z u z z 1

u 0 1 1 1 1 u z 1 u z 0 1 u z 1

1 z 0 1 u 1 1 1 1 u u u 0 1 1 1 1 0 z z z u u u 1 1 0 1 1 1 z z z 0 0 0 1 1 1 u u u z z z 1 1 1

Х12

Х4

0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

Х11

Х3

0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1

Х10

Х2

0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

Х9

Х1

0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1

Х8

a4

Х7

a3

Выходов

a2

Входов

a1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Состояние

Х6

Номер комбинации

u 1 0 u 0 0 z u 0 1 1 0 1 u z 1

z 0 1 u 1 0 1 0 1 1 1 z u 1 z 1

1 1 0 0 0 u u 0 0 0 z z 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 z z u u 1 1 z 1 1 1

0 1 z 0 1 z 1 0 1 0 1 z u 1 1 1

При таком задании условий работы КДА индекс при фигурных скобках a1 a2 a3 a4 называется базисом и указывает на то, что в круглых скобках 1-ая 37

цифра является значением входной переменной а1, 2-ая цифра является значением входной переменной а2, 3-ья и 4-ая цифры - а3 и а4 соответственно. Для удобства записи условий работы автомата каждому сочетанию значений входных переменных присваивают свой номер. В этом случае выходная переменная запишется как набор номеров строк, соответствующих обязательным и условным состояниям выхода, причем каждой входной переменной присваивается вес, равный степени двойки и вычисляется значение следующей функции: 3

2

1

Ni = L3i 2 + L2i 2 + L1i 2 + L0i 2

0

где Ni - номер i-й строки; L3i, L2i, L1i, L0i - значения переменных а1, а2, а3, а4 в i- строке таблици истинности. С учетом приведенного выражения условия работы КДА с заданной таблицей истинности 1.7.1 запишутся: Х1 = {1, 2, 4, 8 [3, 5, 6, 8, 9, 12]} a1 a2 a3 a4

(1.40)

Для перехода от таблицы истинности к алгебраической форме записи пользуются совершенной дизъюнктивной нормальной формой (СДНФ) логической функции, которая образуется как дизъюнкции конъюнктивных нормальных форм для заданных наборов входных переменных. Соответственно выходной переменной Х1 СДНФ логической функции запишется: Х1 = a1ia2ia3ia4i \/ a1ia2ia3ia4i \/ a1ia2ia3ia4i \/ a1ia2ia3ia4i \/ \/ a1ia2ia3ia4i \/ a1ia2ia3ia4i \/ a1ia2 ia3ia4i \/ a1ia2ia3ia4i \/ a1ia2iа3iа4i. (1.41) Подчеркнутые конъюнкции соответствуют условным состояниям выходной переменной Х1. На основании таблицы истинности можно составить аналогичные логические уравнения для каждого выхода КДА. 1.7.2.2 Минимизация совершенной дизъюнктивной нормальной формы логических функций Широкое применение для минимизации логических функций до 6-8 переменных нашел метод карт Карно. Для каждой функции выхода составляется своя карта Карно, количество квадратиков в которой соответствует количеству возможных комбинаций входных переменных.

38

Составим по таблице истинности 1.7 соответствующую карту Карно, приведенную на рисунке 1.15. 1 2 3 4 A3i a4i a3 a4i a3 a4 a3i a4 a1i a2i 0 1 u 1 a1 a2i 1 u 0 u a1 a2 u 0 z z a1i a2 1 u z z 6 5 Рисунок 1.15 - Карта Карно для логической функции Х1 Методика минимизации логических функций с помощью карт Карно заключается в следующем: а) карта Карно покрывается максимальным количеством контуров, объединяющих соседние клетки по единицам. Причем, запрещенные состояния в контуры не включаются, а условные - желательно включать, предполагая для этих состояний и единичные значения и достигая этим существенного упрощения логической функции. Для карты Карно 4-х входных переменных контуры могут быть 0-го (1 клетка), 1-го (2 клетки) и 2-го (4 клетки) и 3-го (8 клеток) порядков по количеству соседних клеток с единицами; б) для выделенных контуров составляются конъюнктивные нормальные формы логической функции со склеиванием тех переменных, которые изменили в пределах контура свое значение. Например, карта Карно (см. рис. 1.7.1) покрывается 5-ю контурами 1-го порядка. Логические функции X1 для этих контуров запишутся: Х11 = а1i а3i а4i;

Х12 = а2i а3i а4i;

Х14 = а2i а3i а4i; Х15 = а1i а2 i а4i;

Х13 = а1i а2i а3i;

(1.42) (1.45)

в) составляется минимальная логическая функция путем объединения операциями дизъюнкции контурных логических функций. Соответствующая минимальная логическая функция Х1 запишется: Х1мин = Х11 \/ Х12 \/ Х13 \/ Х14 \/ Х15;

(1.46)

г) если это возможно, проводятся дальнейшие упрощения минимальной логической функции, используя законы и тождества алгебры логики. Для Х1m имеем: Х1m = а1i а3i а4i \/ а2i а3i а4i \/ а1i а2i а3i \/ а2i а3i а4i \/ а1i а2i а4i = = а4i (а1i а3i \/ а2i а3i \/ a1i a2i) \/ а2i(а1i а3i \/ а3i а4i). (1.47) 1.7.2.3 Синтез комбинационных дискретных автоматов

39

Для синтеза программного КДА , имеющего однозначную связь между комбинациями входных и выходных переменных, составим принципиальную схему, приведенную на рисунке 1.16 и схему алгоритма (рисунок 1.17), причем схемы учитывают запрещенные состояния выходной переменной.

Рисунок 1.16 – Принципиальная электрическая схема КДА

Рисунок 1.17 – Схема алгоритма КДА В схеме алгоритма использована логическая функция для запрещенных 40

комбинаций входных переменных, полученная аналогично Х1мин: Х1z = а2 а4 .

(1.48)

1.7.3 Порядок выполнения работы 1.7.3.1 Составить таблицу истинности для одной из выходных переменных Х2,...,Х12. Вариант задается преподавателем. Для этого ввести в ПК программу. 1.7.3.2 Записать условия работы КДА. 1.7.3.3 Составить карту Карно для соответствующей логической функции. 1.7.3.4 Провести минимизацию методом карт Карно. Указать контуры и соответствующие выражения для контурных логических функций. 1.7.3.5 Составить схему алгоритма. 1.7.3.6 Составить программу для проверки значений логической функции, равных единице. Убедиться в правильности алгоритма функционирования. 1.7.3.7 Сделать выводы по работе. 1.7.4 Контрольные вопросы 1.7.4.1 Как провести анализ программного КДА ? 1.7.4.2 Методика составления таблицы истинности по программной модели КДА. 1.7.4.3 Поясните форму записи условий работы КДА. Понятие о базисе нумерации строк. 1.7.4.4 Методика составления карт Карно. 1.7.4.5 Процесс получения минимальной (тупиковой) формы уравнения алгоритма КДА. 1.7.4.6 Поясните предложенную схему алгоритма. 1.7.4.7 Методика составления программной реализации КДА. 1.7.4.8 Как убедиться в правильности алгоритма функционирования КДА? 1.7.4.9 Предложите другие варианты схемы алгоритма.

1.8 Изучение и построение последовательных дискретных автоматов 1.8.1 Цель работы Изучить различные формы отображения последовательных дискретных автоматов (ПДА), освоить методики их составления, в том числе схем алгоритмов и соответствующих программ. 41

1.8.2 Краткие теоретические сведения 1.8.2.1 Понятие о последовательных дискретных автоматов В ПДА одной и той же комбинации входных сигналов, поданных на входы в различные моменты времени, соответствуют разные значения выходов. ПДА имеют дополнительные элементы, позволяющие различить комбинации входных сигналов, поданных ранее, от аналогичных комбинаций, поданных в последующие моменты времени. Эти дополнительные элементы называются промежуточными. Они представляют собой элементы памяти, определяющие в каждый момент времени внутреннее состояние ПДА. Под состоянием ПДА понимают совокупность значений входных и промежуточных переменных в некотором интервале времени, в течение которого указанные переменные сохраняют свои значения. ПДА могут находиться в устойчивом и неустойчивом состоянии. При устойчивом состоянии остаются неизменными как состояния входов, так и состояние промежуточных переменных. В неустойчивом состоянии ПДА находятся тогда, когда состояние входов изменилось, а внутреннее состояние еще не соответствует новому состоянию входов. Неустойчивое состояние ПДА может продолжаться до тех пор, пока существует данная комбинация сигналов на входе. Промежуточные элементы в этом случае находятся в состоянии циклического переключения. Процесс изменения состояния ПДА, вызванный входными или промежуточными переменными, называется переходом. Промежуток времени между двумя изменениями внутреннего состояния ПДА называют тактом. 1.8.2.2 Описание последовательных дискретных автоматов ПДА могут быть заданы словесным описанием, которое составляется на основе технологических требований работы. Например, составить ПДА, состоящий из четырех исполнительных элементов Х1,Х2,Х3 и Х4. Необходимо, чтобы после воздействия на командный элемент А исполнительные элементы поочередно включались, а затем в том же порядке отключались; этот цикл работы должен непрерывно повторяться, пока командный элемент А. Для сложных ПДА словесное описание становится громоздким или практически невыполнимым. Более удобной формой записи условий работы является запись в виде последовательностей входных и выходных сигналов. Входная последовательность представляет собой набор следующих друг за другом комбинаций входных переменных, обеспечивающих нормальное функционирование ПДА. Каждой комбинации сигналов на входе ставится в соответствие комбинации выходных переменных, образующих выходную последовательность. Составим соответствующие последовательности по приведенному выше словесному описанию. 42

А 0 1 1 1 1 1 1 1 1 Х1 Х2 Х3 Х4 0000 - 0000 - 1000 - 1100 - 1110 - 1111 - 0111 - 0011 - 0001 Рисунок 1.18 - Входная и выходная последовательности ПДА Для одной и той же модели может быть задано несколько входных и выходных последовательностей. Существуют так же разветвленные последовательности. Таблица 1.8 - Циклограмма 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

A X1 X2 X3 X4

Для задания ПДА широко используются циклограммы, в которых состояния модели отражаются условным изображением включенного и отключенного состояния элементов в виде наличия или отсутствия линий. Циклограмма представляет собой ряд горизонтальных строк, равный числу командных и исполнительных элементов. Строки условно разбивают на отрезки, число которых равно числу тактов. В таблице 1.8 приведена построенная для тех же условий циклограмма. Иногда причинно-следственные связи между командными и исполнительными элементами на циклограммах отражают вертикальными линиями передачи управления. Совокупность тактов, при которых элемент включен, называется периодом включения и наоборот - периодом отключения. Такт, предшествующий периоду включения, называется включающим, а периоду отключения - отключающим. Рассмотрение внутренних взаимосвязей в многотактных дискретных автоматах облегчается путем составления таблиц включений, в которых последовательно записывается изменение состояния всех элементов. Включенное состояние элемента часто обозначают плюсом, а отключенное - минусом. Для большей наглядности состояние элемента указывается в таблицах включений только в тактах включения и отключения, во всех остальных тактах периода 43

включения и отключения состояние элементов не указывается, как в таблице 1.9. При большом числе состояний последовательные (многотактные) дискретные автоматы описываются с помощью ориентированных графов, в вершинах которого проставляются номера (коды) состояний. Вершины соединяются стрелками (дугами), отражающими переходы из одного состояния в другое. Над стрелками записываются комбинации переменных, обуславливающие эти переходы в соответствии с рисунком 1.19. Таблица 1.9 - Таблица включений ПДА Такты 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Состоние -А +А элеметов -Х1 +Х1 -Х1 -Х2 +Х2 -Х2 -Х3 +Х3 -Х3 -Х4 +Х4

+Х1 +Х2 +Х3 -Х4

Граф на рисунке 1.19 показывает, что, например, в 13-м такте командный элемент А отключился, поэтому ПДА вернулся в исходное нулевое состояние. Универсальной формой задания ПДА является представление их в виде схемы алгоритма. На рисунке 1.20 приведена составленная прикладная схема алгоритма для тех же условий работы. В соответствии со схемой алгоритма составлена программа, реализующая последовательную модель (см. п. 2.3.3).

Рисунок 1.19 – Граф ПДА

44

Рисунок 1.20 – Схема алгоритма ПДА 1.8.3 Порядок выполнения работы 1.8.3.1 Изучить формы описания ПДА. 1.8.3.2 Ввести приведенную программу в ПК, отладить и проверить ее адекватность описанной последовательной модели. 1.8.3.3 Построить один из вариантов ДПА, состоящий из командного элемента А и 4-ых исполнительных элементов Х1,Х2,Х3 и Х4, так чтобы после воздействия на командный элемент исполнительные элементы: а) поочередно включались, а затем отключались в обратном порядке; б) поочередно включались в обратном порядке, а затем выключались в прямом порядке или в) поочередно включались и выключались в обратном порядке. Рабочий цикл должен непрерывно повторяться, пока включен командный элемент А. 1.8.3.4 Составить схему алгоритма и программу или вместо составления программы использовать компьютерную систему Eurekа или MаthСаd. 1.8.3.5 Ввести программу и проверить ее адекватноссть составленной последовательной модели. 45

1.8.3.6 Сделать выводы по работе. 1.8.4 Контрольные вопросы 1.8.4.1 Понятие о тактах, промежуточных элементах и состоянии многотактных моделей. 1.8.4.2 Методика составления последовательностей входных и выходных сигналов. 1.8.4.3 Особенности составления циклограмм. 1.8.4.4 Что представляет собой таблица включений? 1.8.4.5 Опишите граф последовательной модели? 1.8.4.6 Как перейти от циклограммы к схеме алгоритма? 1.8.4.7 Методика составления и отладки программы. 1.8.4.8 Как проверить адекватность программы изучаемой последовательной модели?

1.9 Синтез последовательных дискретных автоматов введением обратных связей 1.9.1 Цель работы Изучить особенности последовательных дискретных автоматов (ПДА). Приобрести навыки проведения синтеза ПДА с малым объемом памяти. 1.9.2 Краткие теоретические положения 1.9.2.1 Особенности последовательных дискретных автоматов Последовательные дискретные автоматы осуществляют преобразование двоичных входных переменных не только с учетом текущей комбинации на входе в данном такте автоматного времени, но и с учетом того, что было в предыдущих тактах. Создание ПДА, способного запомнить предшествующие данному такту комбинации сигналов на входе, обеспечивается наличием в автомате не только внешних рабочих входов Х и выходов У, но и вспомогательных внутренних переменных Н, которые должны иметь возможность давать различные комбинации для каждого такта, подлежащего запоминанию, и реализуемых в виде обратных связей. Эти внутренние переменные корректируют результат от воздействия внешних входов, учитывая предыдущие ситуации. Следовательно, задача внешних входов - задать текущую комбинацию, а внутренних - сохранить и задать на входе комбинацию, однозначно соответствующую сформировавшейся комбинации на входе в предыдущем такте. В этом случае выходная комбинация формируется с учетом предыдущего такта. В следующем такте внутренние переменные внесут очередную корректировку, если

46

их комбинация будет отлична от предыдущей и новое значение выходов уже несет в себе следы двух предыдущих тактов и т.д. Количество таких состояний М внутренних переменных Н называют весом ПДА. Число внутренних переменных Nн, обеспечивающих возможность кодирования всех М состояний, составляют объем памяти автомата Nн = [log2 M].

(1.49)

Внешними входными переменными ПДА определяется количество его возможных входных комбинаций, а внутренними - через сколько комбинаций внешних начинает повторяться коррекция внутренними. Так, если Nx = 3 и Nн = 2, то автомат будет иметь 8 состояний с повторяющейся коррекцией через 4 такта. Следствием этого является характерная особенность ПДА: у них с использованием корректирующего воздействия возможны разные комбинации выходов при одинаковых комбинациях сигналов на внешних входах. Технических вариантов реализации даже простых ПДА может быть очень много. Данный метод синтеза рассмотрим на примере разработки дискретной системы управления насосом какой-либо жидкости. 1.9.2.2 Постановка задачи Насос Н должен автоматически включаться при достижении рабочей жидкостью нижнего уровня, контролируемого датчиком Дн, и выключаться при достижении жидкостью верхнего уровня, контролируемого датчиком Дв. В цикле работы насоса можно выделить четыре такта: 1 - уровень жидкости ниже Дн (насос работает, резервуар наполняется); 2- уровень жидкости выше Дн, но ниже Дв (насос работает, резер вуар наполняется); 3 - уровень достиг Дв (насос отключается, жидкость расходуется, уровень понижается); 4 - уровень ниже Дв, но выше Дн (насос отключен, уровень понижается). Указанная последовательность управления насосом отражена в таблице 1.10, из которой видно, что происходит непрерывное повторение одинаковых циклов наполнения - расход, поэтому для синтеза системы управления достаточно рассмотреть один из этих циклов.

Таблица 1.10 - Такты работы насоса Н 47

Элементы системы

Такты предыдущего цикла

Дн Дв Н

….. ….. …..

1

2

1

2

3

4

0 0 1

1 0 1

1 1 0

1 0 0

Такты последующего цикла ….. ….. …..

Выходная переменная Н принимает разные значения при одинаковых значениях входных переменных (такты 2 и 4), но при разных их значениях в предшествующих тактах 1 и 3. Это является характерным для ПДА 9.2.3 Синтез ПДА введением обратной связи Из постановки задачи следует, что для отработки требуемой последовательности тактов необходимо запомнить предыдущий такт в период включения насоса или в период его отключения. Для синтеза ПДА с малым объемом памяти часто можно использовать логическое уравнение, предусматривающее введение обратной связи Y = Cne(Xi) [Ciz(Xj) \/ Xвp], (1.50) где Cne(Xi) - конъюнкция входных переменных, не изменяющихся в соседних тактах; Ciz(Xj) - конъюнкция входных переменных, изменяющихся в соседних тактах; Хвp - внутренняя переменная. Значения входных переменных в (1.50) брать из предыдущих тактов. Для тактов 1 и 2 в соответствии с (1.50) запишем H1 = Двi(Днi\/ Нн1).

(1.51)

Для тактов 3 и 4 в соответствии с (1.50) имеем Н2i= Дн (Дв \/ Нв2i),

(1.52)

где Нв1 и Нв2 -внутренние переменные для ПДА в виде обратных связей по выходу. Чтобы избавиться от инверсии выходной переменной, (1.52) необходимо преобразовать. Используя теорему Шеннона - Моргана, получаем Н2 = Днi \/ Двi Нв2.

48

(1.53)

По полученным уравнениям (1.51) и (1.53) составим схемы алгоритма управления насосом (рисунки 1.21 и 1.22), анализ которых показывает, что

системы работоспособны в нормальных условиях, однако при аварийном залипании контактов нижнего датчика (Дн = 0, Дв = 1) вариант (1.51) и рисунок 1.21 не допустит включения, а вариант (1.53) и рисунок 1.22 допустит включение насоса, что вызовет перелив жидкости и ее потери.

Рисунок 1.21 – Схема алгоритма ПДА, синтезированного по тактам наполнения

Для реализации ПДА в соответствии со схемами алгоритма, (рисунки 1.21 и 1.22) несложно составить программы. 49

1.9.3 Порядок выполнения работы 1.9.3.1 Изучить особенности ПДА. 1.9.3.2 Разобраться в постановке задачи, проведении синтеза ПДА, в составленных схемах алгоритма и убедиться в их справедливости, используя программы. 1.9.3.3 Провести синтез ПДА для следующих условий. Насос Н должен автоматически включаться при достижении жидкостью нижнего датчика Дн, оставаться включенным при достижении жидкостью среднего уровня (соответствующий датчик Дsr) и выключаться при достижении верхнего уровня, контролируемого датчиком Дв. Насос должен остаться выключенным до тех пор, пока уровень жидкости не достигнет нижнего датчика Дн.

Рисунок 1.22 – Схема алгоритма ПДА, синтезированного по тактам расхода 1.9.3.4 Составить таблицу последовательности тактов для одного цикла работы насоса. 1.9.3.5 Провести синтез ПДА по тактам включенного и выключенного насоса с введением обратной связи.

50

1.9.3.6 Составить схемы алгоритмов и соответствующие программы ПДА. 1.9.3.7 Ввести программы, отладить и убедиться в правильности алгоритма функционирования насоса. 1.9.3.8 Сделать выводы по работе. 1.9.4 Контрольные вопросы 1.9.4.1 Понятие о внутренних и внешних переменных, объеме памяти ПДА. 1.9.4.2 Порядок составления таблиц последовательности тактов цикла. 1.9.4.3 Уравнение, используемое для синтеза ПДА с малым объемом памяти. 1.9.4.4 Поясните схемы алгоритмов ПДА. В чем их особенности ? 1.9.4.5 Порядок составления и отладки программы ПДА. 1.9.4.6 Как убедиться в правильности алгоритма функционирования ПДА? 1.9.4.7 В каких случаях целесообразен изученный метод синтеза ? 1.9.4.8 В чем достоинства программной реализации ПДА ?

1.10 Синтез последовательных дискретных автоматов по таблицам включений 1.10.1 Цель работы Изучить постановку задачи и алгоритм синтеза последовательных дискретных автоматов (ПДА). Приобрести навыки в проведении синтеза ПДА по таблицам включений. 1.10.2 Основные теоретические положения 1.10.2.1 Алгоритм синтеза ПДА по таблицам включений Для получения структурной формулы многотактной системы управления необходимо выполнить следующие предписания алгоритма. 1 Выбрать один из исполнительных элементов системы и составить для первого по порядку периода включения этого элемента условие срабатывания, а затем проверить неизменность условия срабатывания в течение рассматриваемого включающего периода. В случае необходимости ввести дополнительный элемент. 2 Для этого же первого периода включения выбранного элемента составить условие несрабатывания, а затем проверить неизменность условия несрабатывания в течение рассматриваемого периода включения этого элемента. В случае необходимости ввести дополнительный элемент. 3 Перемножить логическую функцию условия срабатывания, полученную 51

в п. 1 алгоритма, на логическую функцию условия несрабатывания, полученную в п. 2 и проверить на тождественность ее нулю во всех отключающих периодах. В случае необходимости ввести соответствующие дополнительные элементы. В полученной окончательной структурной формуле для 1-го периода включения элемента, если это возможно, провести необходимые логические преобразования для возможного упрощения структурной формулы. 4 Аналогичным образом составить структурные формулы для последующих периодов включения этого элемента, если они разнятся от первого периода. 5 Составить общую структурную формулу для рассматриваемого элемента в виде дизъюнкций формул для каждого из периодов включения. 6 Аналогично составить структурные формулы для всех остальных исполнительных элементов. 7 Составить общую структурную формулу всей системы в виде дизъюнкций конъюнкций общих формул для каждого исполнительного элемента (см. пп. 5 и 6) на сам элемент. 8 Минимизироввать, если это возможно, полученную общую структурную формулу системы управления на основе законов и тождеств алгебры логики. Данный алгоритм синтеза рационален в тех случаях, когда количество командных элементов в системе существенно меньше, чем количество исполнительных элементов. Таблица 1.11 - Таблица включений ПДА Такты Состояние элементов

0 -А -Х1 -Х2 -Х3 -Х4

1 +А

2

3

4

5

+Х1

6

7

8

9

-Х1 +Х2

-Х2 +Х3

-Х3 +Х4

-Х4

1.10.2.2 Постановка задачи Провести синтез ПДА, включающего четыре исполнительных элемента Х1,Х2,Х3 и Х4, исходя из следующих технологических требований: после воздействия на командный элемент А, исполнительные элементы должны поочередно включаться, а затем в том же порядке отключаться. Такой цикл работы должен непрерывно повторяться, пока включен командный элемент А. Для проведения синтеза ПДА удобно отразить перечисленные требования в таблице включения 52

1.10.2.3. Синтез ПДА по таблице включений Составим сначала структурные формулы для исполнительных элементов Х2, Х3 и Х4, для которых получаются более простые соотношения, чем для элемента Х1. Согласно п.1 алгоритма запишем условие срабатывания для элемента Х2 в 1-ом периоде его включения Fср(X2) = x1.

(1.54)

Проверка показывает неизменность этого условия срабатывания в течение всего 1-го периода включения. Согласно п.2 алгоритма составим для этого элемента для того же периода включения условие несрабатывания Fiнеср(X2) = x1ii = x1.

(1.55)

Проверка показывает неизменность и этого условия несрабатывания в течение всего 1-го периода включения этого элемента. Ввиду простых полученных выражений, п.3 алгоритма пропускаем. Во всех последующих периодах включения элемента Х2 условия Fср и Fнеср будут аналогичны, т.к. они циклически повторяются. Поэтому, для последующих тактов нет необходимости составлять структурные формулы. Общая структурная формула для элемента Х2 согласно п.5 алгоритма запишется F(X2) = Fср(X2) /\ Fiнеср(X2) = x1 /\ x1 = x1.

(1.56)

По п.6 алгоритма для элементов Х3 и X4 аналогично получаем F(X3) = x2 /\ x2ii = x2;

(1.57)

F(X4) = x3 /\ x3ii = x3.

(1.58)

Для первого периода включения элемента Х1 (от такта 2 до такта 5) имеем: Fср(X1) = а /\ x4i; Fiнеср= а /\ x4i; Fiнеср(X1) = a /\ x4i;

(1.59)

F(X1)1 = a /\ x4i; Для второго периода включения элемента Х1 (такты 10 - 13) получаем F(X1)2 = F(X1)2 /\ Fiнеср(X1)2 = x4i /\ x4i = x4i;

(1.60) 53

Однако при проверке этого условия во всех отключающих периодах видно, что оно также образуется в нулевом такте, когда элемент Х1 должен быть отключен. Введем в условие срабатывания сигнал а командного элемента А, который в тактах 0 и 10 находится в различных состояниях. Тогда, получим: F(X1)2 = x4i /\ a /\ x4i = a /\ x4i;

(1.61)

Общая структурная формула для элемента Х1 запишется F(X1) = F(X1)1 \/ F(X1)2 = a x4i \/ a x4i = a x4i ;

(1.62)

Структурная формула всего управляющего устройства F = а /\ x4i(Х1) /\ x1(Х2) /\ x2(Х3) /\ x3(Х4). (1.63) 10.2.4 Разработка алгоритма управления ПДА Используя структурную формулу управляющего устройства (1.63), составим один из возможных вариантов схемы алгоритма, представленной на рисунке 1.23. В соответствии с разработанной схемой алгоритма управления можно написать программу или, записав структурную формулу в среде Eureka (MathCad), провести проверку синтезированного ПДА. 1.10.3 Порядок выполнения работы 1.10.3.1 Изучить предложенный алгоритм синтеза ПДА по таблице включений. 1.10.3.2 Разобраться в постановке задачи, процессе синтеза конкретного ПДА и соответствующей схеме алгоритма. 1.10.3.3 Ввести программу в ПК и убедиться в правильности алгоритма функционирования ПДА. 1.10.3.4 Провести синтез ПДА с исполнительными элементами Х1,Х2,Х3 и Х4. Необходимо, чтобы после воздействия на командный элемент А, исполнительные элементы поочередно включались в обратном порядке, а затем в том же порядке отключались. Цикл работы ПДА должен непрерывно повторяться, пока включен командный элемент.

54

Рисунок 1.23 – Схема алгоритма ПДА 55

1.10.4 Контрольные вопросы 1.10.4.1 Порядок построения таблицы включений. 1.10.4.2 Составление структурной формулы, соответствующей условию срабатывания и условию несрабатывания исполнительного элемента. 1.10.4.3 Особенности схемы алгоритма для ПДА. 1.10.4.4 Как убедиться в правильности алгоритма функционирования ПДА ? 1.10.4.5 С какой целью проводятся проверки условия срабатывания и условия несрабатывания отдельных исполнительных элементов ? 1.10.4.6 Для чего проводится минимизация структурной формулы ПДА? 1.10.4.7 В каких случаях целесообразен изученный метод синтеза ? 1.10.4.8 В чем достоинства программной реализации ПДА ?

2Алгоритмическое и программное обеспечение дискретных систем управления технологическими потоками 2.1 Системы дистанционного управления 2.1.1 СДУ с одним контактором 2.1.1.1 Типовая CДУ Логические уравнения алгоритма СДУ имеет вид: KM=FU1 and sb1 and (sb2 or km.1) and KK.1 and FU2; M= qf and km.2 and KK. PROGRAM SDU1;{Типовая система дистанционного управления} Var qf,fu1,sb1,sb2,kmo,km1,km2 : integer; kk,kk1,fu2,KM,M : integer; begin write('qf='); readln(qf); write('fu1='); readln(fu1); write('sb1='); readln(sb1); write('sb2='); readln(sb2); write('kmo='); readln(kmo); write('kk='); readln(kk); write('kk1='); readln(kk1); write('fu2='); readln(fu2); km1:=kmo; km2:=kmo; KM:=qf and sb1and (sb2 or km1) and kk1 and fu2; M:=qf and km2 and kk; writeln('KM= ',KM); writeln('M= ',M); end.

56

2.1.1.2 СДУ протяженным конвейером с тремя постами Алгоритм управления системы в алгебраической форме KM:=qf and sb1 and sb2 and sb3 and (sb4 or sb5 or sb6 or km1) and kk11 and kk21 and fu2; M:=qf and km2 and(kk1 or kk2). program sdu2; {Система управления протяженным конвейером с 3-мя постами} var qf,fu1,sb1,sb2,sb3,sb4,sb5,sb6,kmo,km1,km2 : integer; kk1,kk11,kk2,kk21,fu2,KM,M : integer; begin write('qf='); readln(qf); write('fu1='); readln(fu1); write('sb1='); readln(sb1); write('sb2='); readln(sb2); write('sb3='); readln(sb3); write('sb4='); readln(sb4); write('sb5='); readln(sb5); write('sb6='); readln(sb6); write('kmo='); readln(kmo); write('kk1='); readln(kk1); write('kk2='); readln(kk2); write('fu2='); readln(fu2); km1:=kmo; km2:=kmo; kk11:=kk1; kk21:=kk2; KM:=qf and sb1 and sb2 and sb3 and (sb4 or sb5 or sb6 or km1)and kk11 and kk21 and fu2; M:=qf and km2 and (kk1 or kk2); writeln('KM= ',KM); writeln('M= ',M); end. 2.1.2 СДУ с двумя контакторами 2.1.2.1 Реверсивная СДУ Логические уравнения реверсивной СДУ имеют вид: KMV:=qf and sb and (sbv or kmv2) and kmn3 and kk11 and kk21 and fu2; KMN:=qf and sb and (sbn or kmn2) and kmv3 and kk11 and kk21 and fu2; M:=qf and (kmv1 or kmn1) and (kk1 or kk2). program sdu3; {Реверсивная система дистанционного управления с электрической блокировкой} var qf,fu1,sb,sbv,sbn,kmvo,kmv1,kmv2,kmv3,kmn0,kmn1,kmn2,kmn3 : integer; kk1,kk11,kk2,kk21,fu2,KMV,KMN,M : integer; begin write('qf='); write('sb=');

readln(qf); readln(sb);

write('fu1='); write('sbv=');

readln(fu1); readln(sbv); 57

write('sbn='); readln(sbn); write('kmvo='); readln(kmvo); write('kmno='); readln(kmno); write('kk1='); readln(kk1); write('kk2='); readln(kk2); write('fu2='); readln(fu2); kmv1:=kmvo; kmv2:=kmvo; kmn1:=kmno; kmn2:=kmno; kmv3:=not kmvo; kmn3:=not kmno; kk11:=kk1; kk21:=kk2; KMV:=qf and sb and (sbv or kmv2) and kmn3 and kk11 and kk21 and fu2; KMN:=qf and sb and (sbn or kmn2) and kmv3 and kk11 and kk21 and fu2; M:=qf and (kmv1 or kmn1) and (kk1 or kk2); writeln('KMV= ',KMV,'KMN= ',KMN); writeln('M=',M); end. 2.1.2.2 Реверсивная СДУ с комбинированной блокировкой Система логических уравнений данной системы имеет вид: KMV:=qf and sb and (sbv2 or kmv2) and sbn1 and kmn3 and kk11 and kk21 and fu2; KMN:=qf and sb and (sbn2 or kmn2) and sbv1 and kmv3 and kk11 and kk21 and fu2; M:=qf and (kmv1 or kmn1) and (kk1 or kk2). program sdu4; {Реверсивная СДУ с комбинированной блокировкой} var qf,fu1,sb,sbv,sbv1,sbv2,sbn,sbn1,sbn2,kmvo,kmv1,kmv2,kmv3,kmn0, kmn1,kmn2,kmn3,kk1,kk11,kk2,kk21,fu2,KMV,KMN,M : integer; begin write('qf='); readln(qf); write('fu1='); readln(fu1); write('sb='); readln(sb); write('sbv='); readln(sbv); write('sbn='); readln(sbn); write('kmvo='); readln(kmvo); write('kmno='); readln(kmno); write('kk1='); readln(kk1); write('kk2='); readln(kk2); write('fu2='); readln(fu2); kmv1:=kmvo; kmv2:=kmvo; kmn1:=kmno; kmn2:=kmno; kmv3:=not kmvo; kmn3:=not kmno; kk11:=kk1; kk21:=kk2; sbv1:=not sbv; sbv2:=sbv; sbn1:=not sbn; sbn2:=sbn; KMV:=qf and sb and (sbv2 or kmv2) and sbn1 and kmn3 and kk11 and kk21 and fu2; KMN:=qf and sb and (sbn2 or kmn2) and sbv1 and kmv3 and kk11 and kk21 and fu2; M:=qf and (kmv1 or kmn1) and (kk1 or kk2); writeln('KMV= ',KMV,'KMN= ',KMN); writeln('M= ',M); end.

2.1.2.3 Реверсивная СДУ с тремя постами 58

Система логических уравнений работоспособности KMV:=qf and sb1 and sb2 and sb3 and (sbv1 or sbv2 or sbv3 or kmv2) and kmn3 and kk11 and kk21 and fu2; KMN:=qf and sb1 and sb2 and sb3 and (sbn1 or sbn2 or sbn3 or kmn2) and kmv3 and kk11 and kk21 and fu2; M:=qf and (kmv1 or kmn1) and (kk1 or kk2). program sdu5; {Реверсивная СДУ с 3-мя постами управления} var qf,fu1,sb1,sb2,sb3,sbv1,sbv2,sbv3,sbn1,sbn2,sbn3,kmvo, kmv1,kmv2,kmv3,kmn0,kmn1,kmn2,kmn3;kk1,kk11,kk2,kk21,fu2, KMV,KMN,M : integer; begin write('qf='); readln(qf); write('fu1='); readln(fu1); write('sb1='); readln(sb1); write('sb2='); readln(sb2); write('sb3='); readln(sb3); write('sbv1='); readln(sbv1); write('sbv2='); readln(sbv2); write('sbv3='); readln(sbv3); write('sbn1='); readln(sbn1); write('sbn2='); readln(sbn2); write('sbn3='); readln(sbn3); write('kmvo='); readln(kmvo); write('kmno='); readln(kmno); write('kk1='); readln(kk1); write('kk2='); readln(kk2); write('fu2='); readln(fu2); kmv1:=kmvo; kmv2:=kmvo;kmn1:=kmno;kmn2:=kmno;kmv3:=not kmvo; kmn3:=not kmno; kk11:=kk1;kk21:=kk2; KMV:=qf and sb1 and sb2 and sb3 and(sbv1 or sbv2 or sbv3 or kmv2)and kmn3 and kk11 and kk21 and fu2; KMN:=qf and sb1 and sb2 and sb3 and(sbn1 or sbn2 or sbn3 or kmn2)and kmv3 and kk11 and kk21 and fu2; M:=qf and(kmv1 or kmn1)and(kk1 or kk2); writeln('KMV= ',KMV,'KMN= ',KMN); writeln('M= ',M); end. 2.1.2.4 СДУ включением резервного электродвигателя Система логических уравнений KM1:=qf3 and sb11 and (sb12 or km11 or km23) and kk11 and kk12 and fu1; KM2:=qf3 and sb21 and (sb22 or km21 or km13) and kk21 and kk22 and fu2; M1:=qf1 and km12 and (kk11 or kk12); M2:=qf2 and km22 and (kk21 or kk22). program sdu6; {СДУ включением резервного электродвигателя} var qf1,qf2,qf3,fu1,sb11,sb12,sb21,sb22,km1o,km11,km12,km13,km2o, 59

km21,km22,km23:integer; kk11,kk12,kk21,kk22,kku11,kku12,kku21,kku22,fu2,KM1,KM2,M1,M2:integer; begin write('qf1='); readln(qf1); write('qf2='); readln(qf2); write('qf3='); readln(qf3); write('fu1='); readln(fu1); write('sb11='); readln(sb11); write('sb12='); readln(sb12); write('sb21='); readln(sb21); write('sb22='); readln(sb22); write('km1o='); readln(km1o); write('km2o='); readln(km2o); write('kk11='); readln(kk11); write('kk12='); readln(kk12); write('kk21='); readln(kk21); write('kk22='); readln(kk22); write('fu2='); readln(fu2); km11:=km1o; km12:=km1o; km21:=km2o; km22:=km2o; km13:=not km1o; km23:=not km2o; kku11:=kk11; kku21:=kk21; kku12:=kk12; kku22:=kk22; KM1:=qf3 and sb11 and(sb12 or km11 or km23)and kk11 and kk12 and fu1; KM2:=qf3 and sb21 and(sb22 or km21 or km13)and kk21 and kk22 and fu2; M1:=qf1 and km12 and(kk11 or kk12); M2:=qf2 and km22 and(kk21 or kk22); writeln('KM1= ',KM1,' KM2= ',KM2); writeln('M1= ',M1,' M2= ',M2); end. 2.1.3 Многоконтакторные СДУ 2.1.3.1 СДУ поточно-транспортной линией, включающей 3 рабочие машины Алгоритм управления в алгебраической форме имеет следующий вид: KM1:=qf and fu1 and sb11 and(sb12 or km11)and km22 and kku12 and kku12; KM2:=qf and fu2 and(sb21 or km12)and (sb22 or km21)and km32 and kku21 and ku22; KM3:=qf and fu3 and(sb31 or km23)and(sb32 or km31)and kku31 and kku32; M1:=qf1 and km13 and(kk11 or kk12); M2:=qf2 and km24 and(kk21 or kk22); M3:=qf3 and km33 and(kk31 or kk32). program sdu7; {СДУ ПТЛ, 3 рабочие машины} var qf,qf1,qf2,qf3,sb11,sb12,sb21,sb22,sb31,sb32,fu1,fu2,fu3:integer; m1o,km11,km12,km13,km2o,km21,km22,km23,km24,km3o,km31:integer; km32,km33,kk11,kku11,kk12,kku12,kk21, Kku21,kk22,kku22,kk31,kku31,kk32,kku32,KM1:integer; KM2,KM3,M1,M2,M3:integer; begin write('qf='); readln(qf); write('qf1='); readln(qf1); write('qf2='); readln(qf2); write('qf3='); readln(qf3); write('fu1='); readln(fu1); write('fu2='); readln(fu2); write('fu3='); readln(fu3); write('sb11='); readln(sb11); write('sb12='); readln(sb12); write('sb21='); readln(sb22); write('sb31='); readln(sb31); 60

write('sb32='); readln(sb32); write('km1o='); readln(km1o); write('km2o='); readln(km2o); write('km3o='); readln(km3o); write('kk11='); readln(kk11); write('kk12='); readln(kk12); write('kk21='); readln(kk21); write('kk22='); readln(kk22); write('kk31='); readln(kk31); write('kk32='); readln(kk32); km11:=km1o;km12:=km1o;km21:=km2o;km22:=km2o;km13:=km1o; km23:=km2o;km24:=km2o;km33:=km3o;kku11:=kk11;kku12:=kk12; kku21:=kk21;kku22:=kk22;kku31:=kk31;kku32:=kk32; KM1:=qf and fu1 and sb11 and(sb12 or km11)and km22 and kku12 and kku12; KM2:=qf and fu2 and(sb21 or km12)and(sb22 or km21)and km32 and kku21 and kku22; KM3:=qf and fu3 and(sb31 or km23)and(sb32 or km31)and kku31 and kku32; M1:=qf1 and km13 and(kk11 or kk12); M2:=qf2 and km24 and(kk21 or kk22); M3:=qf3 and km33 and(kk31 or kk32); writeln('KM1= ', KM1, 'KM2=', KM2, 'KM3= ', KM3); writeln('M1= ', M1,'M2= ',M2,'M3= ', M3); end. 2.1.3.2 СДУ ПТЛ, включающей 4 рабочие машины Система логических уравнений KM1:=qf and fu1 and sb11 and(sb12 or km11)and km22 and kku12 and kku12; KM2:=qf and fu2 and(sb21 or km12)and(sb22 or km21)and km32 and kku21 and kku22; KM3:=qf and fu3 and(sb31 or km23)and(sb32 or km31)and km42 and kku31 and kku32; KM4:=qf and fu4 and(sb41 or km33)and(sb42 or km41)and kku41 and kku42; M1:=qf1 and km13 and(kk11 or kk12); M2:=qf2 and km24 and(kk21 or kk22); M3:=qf3 and km34 and(kk31 or kk32); M4:=qf4 and km43 and(kk41 or kk42). program sdu8 {СДУ ПТЛ, 4 рабочие машины} var qf,qf1,qf2,qf3,qf4,sb11,sb12,sb21,sb22,sb31,sb32,sb41,sb42, fu1,fu2,fu3,fu4:integer; km1o,km11,km12,km13,km2o,km21,km22,km23,km24,km3o,km31:integer; km32,km33,km34,km4o,km41,km42,km43,kk11,kku11,kk12,kku12,kk21, Kku21,kk22,kku22,kk31,kku31,kk32,kku32: integer; kk42,kku42,kk41,kku41,KM1,KM2,KM3,KM4,M1,M2,M3,M4: integer; begin write('qf='); readln(qf); write('qf1='); readln(qf1); write('qf2='); readln(qf2); write('qf3='); readln(qf3); write('qf4='); readln(qf4); write('fu1='); readln(fu1); write('fu2='); readln(fu2); write('fu3='); readln(fu3); write('fu4='); readln(fu4); 61

write('sb11='); readln(sb11); write('sb12='); readln(sb12); write('sb21='); readln(sb21); write('sb22='); readln(sb22); write('sb31='); readln(sb31); write('sb32='); readln(sb32); write('sb41='); readln(sb41); write('sb42='); readln(sb42); write('km1o='); readln(km1o); write('km2o='); readln(km2o); write('km3o='); readln(km3o); write('km4o='); readln(km4o); write('kk11='); readln(kk11); write('kk12='); readln(kk12); write('kk21='); readln(kk21); write('kk22='); readln(kk22); write('kk31='); readln(kk31); write('kk32='); readln(kk32); write('kk41='); readln(kk41); write('kk42='); readln(kk42); km11:=km1o; km12:=km1o; km13:=km1o; km21:=km2o; km22:=km2o; km23:=km2o; km24:=km2o; km31:=km3o; km32:=km3o; km33:=km3o; km34:=km3o; km41:=km4o; km42:=km4o; km43:=km4o; kku11:=kk11; kku12:=kk12; kku31:=kk31; kku32:=kk32; kku21:=kk21; kku22:=kk22; kku41:=kk41; kku42:=kk42; KM1:=qf and fu1 and sb11 and(sb12 or km11)and km22 and kku12 and kku12; KM2:=qf and fu2 and(sb21 or km12)and (sb22 or km21)and km32 and kku21 and kku22; KM3:=qf and fu3 and (sb31 or km23)and(sb32 or km31)and km42 and kku31 and kku32; KM4:=qf and fu4 and(sb41 or km33)and(sb42 or km41)and kku41 and kku42; M1:=qf1 and km13 and(kk11 or kk12); M2:=qf2 and km24 and(kk21 or kk22); M3:=qf3 and km34 and(kk31 or kk32); M4:=qf4 and km43 and (kk41 or kk42); writeln('KM1= ', KM1, 'KM2= ', KM2, 'KM3= ', KM3,' KM4= ', KM4); writeln('M1= ', M1, 'M2= ' , M2, 'M3= ', M3, 'M4=', M4); end.

2.2 Системы позиционного управления 2.2.1 Двухпозиционные САР 2.2.1.1 Двухпозиционная САР уровня жидкости с электромагнитным вентилем Система логических уравнений KMO:=qf and[fu1 and sbo1 and (sbo2 or kmo1)and sr or DNU and sa] and ko; KMS:=qf and[fu2 and sbs1(sbs2 or kms1)and sr or(DVU or kms2) and sa] and ks; EMO:= kmo2; EMS:=kms3. program spu1.pas; {Cистема 2 позиц. управ. с электром. вентилем} varqf,fu1,fu2,sbo1,sbo2,sbs1,sbs2,kmoo,kmo1,kmo2,kmso,kms1,kms2, 62

kms3:integer; ko,ks,sr,sa,DNU,DVU,KMO,KMS,EMO,EMS:integer; begin write('qf='); readln(qf); write('fu1='); readln(fu1); write('fu2='); readln(fu2); write('sbo1='); readln(sbo1); write('sbo2='); readln(sbo2); write('sbs1='); readln(sbs1); write('sbs2='); readln(sbs2); write('kmoo='); readln(kmoo); write('kmso='); readln(kmso); write('sr='); readln(sr); write('sa='); readln(sa); write('ko='); readln(ko); write('ks='); readln(ks); write('dnu='); readln(dnu); write('dvu='); readln(dvu); kmo1:=kmoo; kmo2:=kmoo; kms1:=kmso; kms2:=kmso; kms3:=kmso; KMO:=qf and[fu1 and sbo1 and (sbo2 or kmo1)and sr or DNU and sa] and ko; KMS:=qf and[fu2 and sbs1(sbs2 or kms1)and sr or(DVU or kms2) and sa] and ks; EMO:= kmo2; EMS:=kms3; writeln('KMO= ',KMO,'KMS= ',KMS); writeln('EMO= ', EMO, 'EMS= ', EMS); end. 2.2.1.2 Двухпозиционная САР уровня жидкости с включением и выключением насоса и датчиком предельного уровня Система логических уравнений KM:=qf and(sb1 and (sb2 or km1)and sr or (knu1 or kvu1 and km2)sa)and kpu1; M:=qf and km3 and km4; km1:=kmo;km2:=kmo;km3:=kmo;km4:=kmo;knu1:=not knu; kvu1:=not kvu;kpu1:=not kpu; KNU:= DNU; KVU:=DVU; KPU:=DPU; program spu2.pas; {2 позиционная САР, насос и датчик предельного уровня} var qf,sb1,sb2,KMO,km1,km2,km3,km4:integer; kpu1,knu1,kvu1,sa,sr,DNU,DVU,DPU,KM,KNU,KVU,KPU,M:integer; begin write('qf='); readln(qf); write('sb1='); readln(sb1); write('sb2='); readln(sb2); write('KMO='); readln(KMO); write('sr='); readln(sr); write('sa='); readln(sa); write('DNU='); readln(DNU); write('DVU='); readln(DVU); write('DPU='); readln(DPU); km1:=kmo;km2:=kmo;km3:=kmo;km4:=kmo; knu1:=not knu;kvu1:=not kvu; kpu1:=not kpu; KM:=qf and(sb1 and (sb2 or km1)and sr or (knu1 or kvu1 and km2)sa)and kpu1; M:=qf and km3 and km4; 63

KNU:= DNU; KVU:=DVU; KPU:=DPU; writeln('KM= ', KM, 'M= ', M ); writeln(' KNU= ', KNU,' KVU= ',U,'KPU=',KPU); end. 2.2.2 Трехпозиционные САР 2.2.2.1 Трехпозиционная САР уровня жидкости с электромагнитным вентилем Система логических уравнений KMO:=qf and[fu1 and sbo1 and (sbo2 or kmo1)and sr or DNU and dsu1 and sa] and ko; KMS:=qf and[fu2 and sbs1(sbs2 or kms1)and sr or(DVU or kms2) and dsu2 and sa] and ks; EMO:= kmo2; EMS:=kms3; kmo1:=kmoo;kmo2:=kmoo;kms1:=kmso;kms2:=kmso; kms3:=kmso; dsu1:=not dsu; dsu2:=dsu; program spu3.pas;{3-х позиционная САР с электромагнитным вентилем} varqf,fu1,fu2,sbo1,sbo2,sbs1,sbs2,kmoo,kmo1,kmo2,kmso,kms1,kms2, kms3:integer; ko,ks,sr,sa,DNU,DVU,DSU,dsu1,dsu2,KMO,KMS,EMO,EMS: integer; begin write('qf='); readln(qf); write('fu1='); readln(fu1); write('fu2='); readln(fu2); write('sbo1='); readln(sbo1); write('sbo2='); readln(sbo2); write('sbs1='); readln(sbs1); write('sbs2='); readln(sbs2); write('kmoo='); readln(kmoo); write('kmso='); readln(kmso); write('sr='); readln(sr); write('sa='); readln(sa); write('ko='); readln(ko); write('ks='); readln(ks); write('dnu='); readln(dnu); write('dvu='); readln(dvu); write('dsu='); readln(dsu); kmo1:=kmoo;kmo2:=kmoo;kms1:=kmso;kms2:=kmso; kms3:=kmso; dsu1:=not dsu;dsu2:=dsu; KMO:=qf and[fu1 and sbo1 and (sbo2 or kmo1)and sr or DNU and dsu1 and sa] and ko; KMS:=qf and[fu2 and sbs1(sbs2 or kms1)and sr or(DVU or kms2) and dsu2 and sa] and ks; EMO:= kmo2; EMS:=kms3; writeln('KMO= ', KMO,'KMS= ',KMS); writeln('EMO= ', EMO, 'EMS= ', EMS); end. 64

2.3 Дискретные автоматы 2.3.1 Дискретные комбинационные автоматы 2.3.1.1 Автомат сортировки изделий на три класса Система логических уравнений B1:=d1 and di2 and di3 or di1 and d2 and di3 or di1 and di2 and d3; B2:=d1 and d2 and di3 or di1 and d2 and d3; B3:=d1 and d2 and d3; H:=d1 and di2 and d3. program dka1.pas; {Сортировочный автомат на три класса} var d1,d2,d3,di1,di2,di3,B1 ,B2 ,B3 ,H:integer; begin write('d1='); readln(d1); write('d2='); readln(d2); write('d3='); readln(d3); di1:=not d1;di2:=not d2;di3:=not d3; B1:=d1 and di2 and di3 or di1 and d2 and di3 or di1 and di2 and d3; B2:=d1 and d2 and di3 or di1 and d2 and d3; B3:=d1 and d2 and d3; H:=d1 and di2 and d3; writeln('B1= ',B1,'B2=',B2,'B3= ',B3,'Неисправность ',H); end. 2.3.1.2 Автомат сортировки изделий на четыре класса Алгоритм управления в алгебраической форме B1:=d1 and di2 and di3 and di4 or di1 and d2 and di3 and di4 or di1 and di2 and d3 and di4 or di1 and di2 and di3 and d4; B2:=d1 and d2 and di3 and di4 or di1 and d2 and d3 and di4 or di1 and di2 and d3 and d4; B3:=d1 and d2 and d3 and di4 or di1 and d2 and d3 and d4; B4:=d1 and d2 and d3 and d4; H:=d1 and di2 and d3 and di4 or d1 and di2 and di3 and d4 or di1 and d2 and d3 and di4 or d1 and d2 and di3 and d4 or d1 and di2 and d3 and d4. program dka2; {Сортировочный автомат на 4 класса} var Н,d1,d2,d3,d4,di1,di2,di3,di4,B1,B2,B3,B4:integer; begin write('d1='); readln(d1); write('d2=');readln(d2); write('d3='); readln(d3); write('d4='); readln(d4);

65

di1:=not d1; di2:=not d2; di3:=not d3; di4:=not d4; B1:=d1 and di2 and di3 and di4 or di1 and d2 and di3 and di4 or di1 and di2 and d3 and di4 or di1 and di2 and di3 and d4; B2:=d1 and d2 and di3 and di4 or di1 and d2 and d3 and di4 or di1 and di2 and d3 and d4; B3:=d1 and d2 and d3 and di4 or di1 and d2 and d3 and d4; B4:=d1 and d2 and d3 and d4; H:=d1 and di2 and d3 and di4 or d1 and di2 and di3 and d4 or di1 and d2 and d3 and di4 or d1 and d2 and di3 and d4 or d1 and di2 and d3 and d4; writeln('B1=',B1,'B2=', B2, 'B3= ', B3, 'B4= ',B4);writeln('Неисправность ',H); end. 2.3.1.3 Мажоритарный автомат "2 из 3" Логическая функция работоспособности после минимизации имеет вид V:=d1 and d2 or d2 and d3 or d1 and d3. program dka3; {Мажоритарный автомат 2 из 3} var d1,d2 ,d3,V:integer; begin write('d1='); readln(d1); write('d2='); readln(d2); write('d3='); readln(d3); V:=d1 and d2 or d2 and d3 or d1 and d3; writeln('V= ',V ); end. 2.3.1.4 Мажоритарный автомат "3 из 4" Логическая функция работоспособности после минимизации V:=d1 and d2 and d3 or d1 and d2 and d4 or d1 and d3 and d4 or d2 and d3 and d4. program dka5; {Мажоритарный автомат 3 из 4} var d1,d2,d3,d4,V:integer; begin write('d1='); readln(d1); write('d2='); readln(d2); write('d3='); readln(d3); write('d4='); readln(d4); V:=d1 and d2 and d3 or d1 and d2 and d4 or d1 and d3 and d4 or d2 and d3 andd4; writeln('V= ', V); end. 2.3.2 Цифровые устройства комбинационного типа 66

2.3.2.1 Полный дешифратор с тремя входами и 8 выходами Цифровое устройство, содержащее n-входов 2n-выходов, на входы которого подается n различных наборов и на одном из 2n выходе каждый раз появляется единичный сигнал, а остальные выходные сигналы при этом равны нулю, называется дешифратором (декодером). Система логических уравнений работоспособности дешифратора с тремя входами и 8-ю выходами имеет вид: F0=d1i^d2i^d3i; F1=d1i^d2i^d3; F2=d1i^d2^d3i; F3=d1i^d2^d3; F4=d1^d2i^d3i; F5=d1^d2i^d3; F6=d1^d2^d3i; F7=d1^d2^d3. program dka5; {Дешифратор на 3 входа и 8 выходoв} var d1,d2,d3,F0,F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7:integer; begin write('d1='); readln(d1); write('d2='); readln(d2); write('d3='); readln(d3); if(d1=0)and(d2=0)and(d3=0) then F0:=1 else F0:=0; if(d1=0)and(d2=0)and(d3=1) then F1:=1 else F1:=0; if(d1=0)and(d2=1)and(d3=0) then F2:=1 else F2:=0; if(d1=0)and(d2=1)and(d3=1) then F3:=1 else F3:=0; if(d1=1)and(d2=0)and(d3=0) then F4:=1 else F4:=0; if(d1=1)and(d2=0)and(d3=1) then F5:=1 else F5:=0; if(d1=1)and(d2=1)and(d3=0) then F6:=1 else F6:=0; if(d1=1)and(d2=1)and(d3=1) then F7:=1 else F7:=0; writeln( 'F0=', F0); writeln('F1= ', F1); writeln('F2= ', F2); writeln( 'F3=', F3); writeln('F4= ', F4); writeln('F5= ', F5); writeln( 'F6=', F6); writeln('F7= ', F7); end. 2.3.2.2 Полный дешифратор с тремя обычными и одним разрешительным входом Система логических уравнений имеет вид: F0=p^d1i^d2i^d3i; F1=p^d1i^d2i^d3; F2=p^d1i^d2^d3i; 67

F3=p^d1i^d2^d3; F4=p^d1^d2i^d3i; F5=p^d1^d2i^d3; F6=p^d1^d2^d3i; F7=p^d1^d2^d3. program dka6; {Дешифратор, 3 входа обычных, 1 вход разрешения р и 8 выходoв} var d1,d2 ,d3,p,F0,F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7:integer; begin write('d1='); readln(d1); write('d2='); readln(d2); write('d3='); readln(d3); write('p='); readln(p); if (p=1) and (d1=0) and (d2=0) and (d3=0) then F0:=1 else F0:=0; if(p=1) and(d1=0) and(d2=0) and(d3=1) then F1:=1 else F1:=0; if(p=1) and(d1=0) and(d2=1) and(d3=0) then F2:=1 else F2:=0; if(p=1) and(d1=0) and(d2=1) and(d3=1) then F3:=1 else F3:=0; if(p=1) and(d1=1) and(d2=0) and(d3=0) then F4:=1 else F4:=0; if(p=1) and(d1=1) and(d2=0) and(d3=1) then F5:=1 else F5:=0; if(p=1) and(d1=1) and(d2=1) and(d3=0) then F6:=1 else F6:=0; if(p=1) and(d1=1) and(d2=1) and(d3=1) then F7:=1 else F7:=0; writeln( 'F0= ', F0); writeln( 'F1= ', F1); writeln( 'F2= ', F2); writeln( 'F3= ', F3); writeln( 'F4= ', F4); writeln( 'F5= ', F5); writeln( 'F6= ', F6); writeln( 'F7= ', F7); end. 2.3.2.3 Неполный дешифратор на 4 входа для управления десятичным индикатором Система логических уравнений работоспособности F0=p^d1i^d2i^d3i^d4i; F1=p^d1i^d2i^d3i^d4; F2=p^d1i^d2i^d3^d4i; F3=p^d1i^d2i^d3^d4 ; F4=p^d1i^d2^d3i^d4i; F5=p^d1i^d2^d3i^d4 ; F6=p^d1i^d2^d3^d4i ; F7=p^d1i^d2^d3^d4 ; F8=p^d1i^d2i^d3i^d4i; F9=p^d1^d2i^d3i^d4. program dka7; {Неполный дешифратор для управления десятичным индикатором} var d1,d2,d3,d4,p,F0,F1,F2,F3,F4,F5,F6,F7,F8,F9:integer; 68

label 1; begin write('d1='); readln(d1); write('d2='); readln(d2); write('d3='); readln(d3); write('d4='); readln(d4); write('p='); readln(p); if(p=1)and(d1=0)and(d2=0)and(d3=0)and(d4=0)then begin writeln('F0=0'); goto 1; end; if(p=1)and(d1=0)and(d2=0)and(d3=0)and(d4=1)then begin writeln('F1=1'); goto 1; end; if(p=1)and(d1=0)and(d2=1)and(d3=1)and(d4=0)then begin writeln('F2=2'); goto 1; end; if(p=1)and(d1=0)and(d2=0)and(d3=1)and(d4=1)then begin writeln('F3=3'); goto 1; end; if(p=1)and(d1=0)and(d2=1)and(d3=0)and(d4=0)then begin writeln('F4=4'); goto 1; end; if(p=1)and(d1=0)and(d2=1)and(d3=0)and(d4=1)then begin writeln('F5=5'); goto 1; end; if(p=1)and(d1=0)and(d2=1)and(d3=1)and(d4=0)then begin writeln('F6=6'); goto 1; end; if(p=1)and(d1=0)and(d2=1)and(d3=1)and(d4=1)then begin writeln('F7=7'); goto 1; end; 69

if(p=1)and(d1=1)and(d2=0)and(d3=0)and(d4=0)then begin writeln('F8=8'); goto 1; end; if(p=1)and(d1=1)and(d2=0)and(d3=0)and(d4=1)then begin writeln('F9=9'); goto 1; end; writeln('Повторите ввод'); 1: end. 2.3.2.4 Дешифратор для реализации двух логических функций четырех переменных Система логических уравнений f1=d1^d2^d3i^d4 ИЛИ d1^d2^d3i^d4i ИЛИ d1i^d2^d3i^d4i=f13 ИЛИ f12 ИЛИ f4; f2=d1^d2i^d3^d4i ИЛИ d1^d2i^d3i^d4i ИЛИ d1i^d2i^d3i^d4i=f10 ИЛИ f8 ИЛИ f0. program dka8; {Дешифратор для реализации двух логических функций} var d1,d2,d3,d4,p,F13,F12,F4,F10,F8,F0:integer; label 1; begin write('d1='); readln(d1); write('d2='); readln(d2); write('d3='); readln(d3); write('d4='); readln(d4); write('p='); readln(p); if(p=1)and(((d1=1)and(d2=0)and(d3=1)and(d4=1))or((d1=0)and(d2=0)and(d3 =1) and(d4=1))or ((d1=0)and(d2=01)and(d3=1)and(d4=0)))then begin writeln('F1=1') ; goto 1; end; if(p=1)and(((d1=0)and(d2=1)and(d3=0)and(d4=1))or((d1=0)and(d2=0)and(d3 =0) and(d4=1))or((d1=0)and(d2=0)and(d3=0)and (d4=0)))then begin writeln('F2=1'); goto 1; end; 70

writeln('Повторите ввод'); 1: end. 2.3.3 Дискретные автоматы последовательного типа 2.З.3.1 Циклический автомат с последовательным появлением и выключением в обратном порядке чутырёх выходных сигналов Х1,...,Х4 при наличии командного входа А Логическая система уравнений работоспособности имеет вид: S1=S0^A ^X1i^X2i^X3i^X4i; S2=S1^A^X1^X2i^X3i^X4i; S3=S2^A^X1^X2^X3i^X4i; S4=S3^A^X1^X2^X3^X4i; S5=S4^A^X1^X2^X3^X4; S6=S5^A^X1^X2^X3^X4i; S7=S6^A^X1^X2^X3i^X4i; S8=S7^A^X1^X2i^X3i^X4i; S9=S8^A^X1i^X2i^X3i^X4i; S0=S9^Ai^X1i^X2i^X3i^X4i. program dpa1; {Дискретный циклический автомат N1} varA,X1,X2,X3,X4,X1i,X2i,X3i,X4i,S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9: integer; begin write('X1='); readln(X1); write('X2=');readln(X2); write('X3='); readln(X3); write('X4='); readln(X4); write('A='); readln(A); write('S1='); readln(S1); write('S2='); readln(S2); write('S3='); readln(S3); write('S4='); readln(S4); write('S5='); readln(S5); write('S6='); readln(S6); write('S7='); readln(S7); write('S8='); readln(S8); write('S9='); readln(S9); write('S0='); readln(S0); X1i:=1-X1; X2i:=1-X2; X3i:=1-X3; X4i:=1-X4; S1:=S0 and A and X1i and X2i and X3i and X4i; S2:=S1 and A and X1 and X2i and X3i and X4i; S3:=S2 and A and X1 and X2 and X3i and X4i; S4:=S3 and A and X1 and X2 and X3 and X4i; S5:=S4 and A and X1 and X2 and X3 and X4 ; S6:=S5 and A and X1 and X2 and X3 and X4i; S7:=S6 and A and X1 and X2 and X3i and X4i; S8:=S7 and A and X1 and X2i and X3i and X4i; S9:=S8 and A and X1i and X2i and X3i and X4i; S0:=S9 and Ai and X1i and X2i and X3i and X4i; writeln( 'S0= ', S0); writeln( 'S1= ', S1); writeln( 'S2= ', S2); writeln( 'S3= ', S3); writeln( 'S4= ', S4); writeln( 'S5= ', S5); writeln( 'S6= ', S6); writeln( 'S7= ', S7); writeln( 'S8= ', S8); writeln( 'S9= ', S9); 71

end. 2.З.3.2 Циклический автомат с последовательным включением и выключением четырёх выходных сигналов Х1,...,Х4при наличии входного сигнала А Система логических уравнений имеет вид: S1=S0^A^X1i^X2i^X3i^X4i; S2=S1^A^X1^X2i^X3i^X4i; S3=S2^A^X1^X2^X3i^X4i; S4=S3^A^X1^X2^X3^X4i; S5=S4^A^X1^X2^X3^X4; S6=S5^A^X1i^X2 ^X3 ^X4; S7=S6^A^X1i^X2i^X3^X4; S8=S7^A ^X1i^X2i^X3i^X4; S9=S8^A^X1i^X2i^X3i^X4i; S0=S9^Ai^X1i^X2i^X3i^X4i. program dpa2; {Дискретный циклический автомат N 2} var A,Ai,X1,X2,X3,X4,X1i,X2i,X3i,X4i,S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9:integer; begin write('X1='); readln(X1); write('X2='); readln(X2); write('X3='); readln(X3); write('X4='); readln(X4); write('A='); readln(A); write('S1='); readln(S1); write('S2='); readln(S2); write('S3='); readln(S3); write('S4='); readln(S4); write('S5='); readln(S5); write('S6='); readln(S6); write('S7='); readln(S7); write('S8='); readln(S8); write('S9='); readln(S9); write('S0='); readln(S0); X1i:=1-X1; X2i:=1-X2; X3i:=1-X3; X4i:=1-X4; Ai:=1-A; S1:=S0 and A and X1i and X2i and X3i and X4i; S2:=S1 and A and X1 and X2i and X3i and X4i; S3:=S2 and A and X1 and X2 and X3i and X4i; S4:=S3 and A and X1 and X2 and X3 and X4i; S5:=S4 and A and X1 and X2 and X3 and X4 ; S6:=S5 and A and X1i and X2 and X3 and X4; S7:=S6 and A and X1i and X2i and X3 and X4; S8:=S7 and A and X1i and X2i and X3i and X4; S9:=S8 and A and X1i and X2i and X3i and X4i; S0:=S9 and Ai and X1i and X2i and X3i and X4i; writeln( 'S0= ', S0); writeln( 'S1= ', S1); writeln( 'S2= ', S2); writeln( 'S3= ', S3); writeln( 'S4= ', S4); writeln( 'S5= ', S5); writeln( 'S6= ', S6); writeln( 'S7= ', S7); writeln( 'S8= ', S8); writeln( 'S9= ', S9); end. 2.З.3.3 Циклический автомат с поочередным включением и выключением входного а и четырёх выходных сигналов Х1,...,Х4 Система логических уравнений имеет вид: 72

S1=S0^A^X1i^X2i^X3i^X4i; S2=S1^Ai^X1^X2i^X3i^X4i; S3=S2^Ai^X1i^X2^X3i^X4i; S4=S3^Ai^X1i^X2i^X3^X4i; S5=S4^Ai^X1i^X2i^X3i^X4; S6=S5^Ai^X1i^X2i^X3^X4i; S7=S6^Ai^X1i^X2^X3i^X4i; S8=S7^Ai^X1^X2i^X3i^X4i; S9=S8^A ^X1i^X2i^X3i^X4i; S0=S9^Ai^X1i^X2i^X3i^X4i. program dpa3; {Дискретный циклический автомат N3} varA,Ai,X1,X2,X3,X4,X1i,X2i,X3i,X4i,S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9:integer; begin write('X1='); readln(X1); write('X2='); readln(X2); write('X3='); readln(X3); write('X4='); readln(X4); write('A='); readln(A); write('S1='); readln(S1); write('S2='); readln(S2); write('S3='); readln(S3); write('S4='); readln(S4); write('S5='); readln(S5); write('S6='); readln(S6); write('S7='); readln(S7); write('S8='); readln(S8); write('S9='); readln(S9); write('S0='); readln(S0); X1i:=1-X1; X2i:=1-X2; X3i:=1-X3; X4i:=1-X4; Ai:=1-A; S1:=S0 and A and X1i and X2i and X3i and X4i; S2:=S1 and Ai and X1 and X2i and X3i and X4i; S3:=S2 and Ai and X1i and X2 and X3i and X4i; S4:=S3 and Ai and X1i and X2i and X3 and X4i; S5:=S4 and Ai and X1i and X2i and X3i and X4; S6:=S5 and Ai and X1i and X2i and X3 and X4i; S7:=S6 and Ai and X1i and X2 and X3i and X4i; S8:=S7 and Ai and X1 and X2i and X3i and X4i; S9:=S8 and A and X1i and X2i and X3i and X4i; S0:=S9 and Ai and X1i and X2i and X3i and X4i; writeln('S0= ', S0); writeln( 'S1= ', S1); writeln( 'S2= ', S2); writeln('S3= ', S3); writeln( 'S4= ', S4); writeln( 'S5= ', S5); writeln('S6= ', S6); writeln( 'S7= ', S7); writeln( 'S8= ', S8); writeln('S9= ', S9); end.

3 Комплекс пзобретений. Автоматический контроль и управление техпологическими параметрами и потоками 3.1 Краткая характеристика комплекса Комплекс изобретений направлен на существенное повышение эффективности автоматического управления и контроля технологических процессов и 73

производств в различных отраслях народного хозяйства. Изобретения в отрасли хранения и переработки зерна: 1 Устройство для автоматического отделения поврежденных семян растений, А.С. N 401305; 2 Устройство для автоматической очистки семян с индикацией степени засоренности семян трудноотделимыми примесями, А.С. N 439261; 3 Устройство для автоматического контроля зернового потока, А.С. N 521515; 4 Устройство для автоматического контроля наличия травмированного зерна, А.С. N 535049; 5 Устройство для автоматического контроля наличия травмированного зерна, А.С. N 898977; 6 Устройство для автоматической сортировки семян, А.С. N 1110502. Изобретения для автоматизации технологических процессов в пищевой промышленности: 1 Способ автоматического контроля качества мелкодисперсных пищевых продуктов и устройство для его осуществления, А.С. N 550579; 2 Устройство для автоматического отделения некачественного продукта из непрерывного потока, А.С. N 906412; 3 Способ автоматического порционного весового дозирования жидких продуктов, Патент РФ на изобретение N 2042930; 4 Способ автоматического порционного весового дозирования продуктов, Патент РФ на изобретение N 2047848. 5 Способ автоматического дозирования потока вещества, Решение от 27.11.1997 г. о выдаче Патента РФ на изобретение по заявке N 94045622/28. Для автоматизации сельскохозяйственного производства предназначены следующие изобретения: 1 Способ автоматического контроля и регулирования подачи массы в зерноуборочный комбайн, А.С. N 484833; 2 Устройство для автоматического контроля наличия травмированного зерна в процессе работы зерноуборочного комбайна, А.С. N 535049; 3 Устройство для автоматической раздачи корма, А.С. N 620252; 4 Сеялка точного высева, А.С. N 818527; 5 Устройство для автоматического поддержания минимального уровня травмированности зерна при работе мобильных зерноуборочных комбайнов, А.С. N 852236; 6 Устройство для автоматического определения производительности зерноуборочной машины, А.С. N 948323; 7 Устройство программного управления для поточно-цеховой системы производства молока, А.С. N 982605; 8 Автоматическое устройство для предотвращения забиваний молотильного аппарата самоходной уборочной машины, А.С. N 1009318; 9 Устройство для автоматического определения намолота зерна уборочным комбайном, А.С. N 1034641. Изобретения для машиностроения: 1 Лазерный способ автоматического определения шероховатости выпуклой по периметру или замкнутой неполированной поверхности движущегося изделия, А.С. N 1322089; 2 Лазерный способ автоматического определения шероховатости боковых поверхностей изделия в процессе его движения, А.С. N 1350492; 3 Лазерное устройство для автоматического контроля шероховатости отражающих поверхностей движущихся изделий, А.С. N 1357705; 4 Способ электромагнитного измерения толщины тонкослойных покрытий, А.С. N 1434238; 5 Способ испытаний изделий на герметичность, А.С. N 1613901; 6 Способ автоматического порционного весового дозироования вязких жидкостей, А.С. N 1666926; 7 Способ автоматического управ74

ления п-секционным электрофильтром, А.С. N 1530259; 8 Способ автоматического контроля герметичности полых изделий трубчатой формы, А.С. N 1810775.

3.2 Люминесцентные, лазерные и световые способы автоматического контроля технологических параметров Создание автоматизированных систем управления технологическим процессом сложных комплексов, требует в первую очередь разработки и исследования средств автоматического контроля количественных и качественных параметров подаваемого и перерабатываемого продукта и изделий, что представляет собой актуальную проблему. В этих условиях предложена научная классификация, позволяющая планомерно разрабатывать новые оптикоэлектронные средства автоматики с наперед заданными свойствами. Рассмотрим на основе созданных автором изобретений 3 области применения оптикоэлектронных средств автоматики. По одному из основных классификационных признаков - сфера применения, соответствующие оптико-электронные средства автоматики можно подразделить на 4 основные группы: 1) Индикация и контроль количественных параметров зерновой массы (уровень, расход и др.); 2) Индикация и контроль качественных параметров зерновой массы (травмированность, засоренность, пораженность и др.); 3) Индикация и контроль состава и свойств зерна (сортировка, классификация семян по классам и др.); 4) Люминесцентные рабочие машины (зерноочистительные,отделение травмированных и пораженных семян в потоке и др.). Рассмотрим наиболее актуальные средства автоматики 2-ой группы. Сюда можно отнести следующие разработанные оптико-электронные устройства: устройство для автоматического определения и отделения поврежденных семян растений (а.с. N 401305); устройство для автоматического контроля наличия травмированного зерна (а.с. N 535049); устройство для автоматического контроля травмированного зерна зерноуборочного комбайна(а.с. N 852236); устройство для автоматического контроля засоренности семян (а.с. N 898977); устройство для очистки семян (а.с. N 439261) и др. Устройства этого направления построены на поштучном люминесцентном анализе, имеют относительно сложную логическую схему обработки цифровой информации и устанавливаются для оценки эффективности функционирования на выходе сложной рабочей машины или всего технологического процесса. Вследствие этого, им свойственно значительное время запаздывания по отношению к моменту поступления потока продукта в объект управления и использовать их для автоматического регулирования загрузки не представляется возможным. Но они необходимы при построении комбинированных инвариантных в определенном смысле управляющих устройств, позволяющих скомпенсировать основное вомущение. При этом, разомкнутый контур системы 75

управления рационально построить таким образом, чтобы он функционировал по упреждающим количественным параметрам (см., например, Способ автоматического контроля и регулирования подачи массы в комбайн, А.С. N 484833; Способ управления n-секционным электрофильтром, А.С. N 1530259). Большой интерес представляют и люминесцентные рабочие машины: Устройство для автоматического контроля неразделенного зернового потока, А.С. N 521515; Способ автоматического контроля качества мелкодисперсных пищевых продуктов, например муки, и устройство для его осуществления, А.С. N 550579; Устройство для отделения некачественного продукта, А.С. N 906412 и др. Для них характерным является необходимость в тонкослойном потоке зерна и продуктов его переработки или псевдокипящих слоях порций продукта. С их помощью автоматизируются процессы отделения трудноотделимых примесей, например таких, как овсюг, подпорченные мучные фракции. Что касается автоматического контроля количественных параметров зерновой массы: Устройство для определения производительности зерноуборочной машины (а.с. N 948323); Устройство для определения намолота зерна уборочным комбайном (а.c. N 1034641 ) и др., то они могут использоваться в качестве критериев эффективности процесса управления всего технологического потока или процесса. И,наконец, типичным представителем области автоматического контроля и регулирования состава и свойств зерна является Устройство для сортировки семян (а.c. N 1110502), позволяющее рассортировать зерновую массу на любое количество классов.

3.3 Дозирование различных веществ Дозирование - сложная технологическая операция, обеспечивающая требуемую производительность и, прежде всего, массовый расход продукта. Под дозатором, как объектом управления, понимают совокупность питателя, весоизмерительного и отпускного механизмов. Дозирование продуктов широко используют в различных технологических процессах, что объясняется существенным улучшением качества выпускаемой продукции и экономией сырья. Однако, ввиду большого разнообразия характеристик дозируемых материалов и требований, предъявляемых к ним, нужны все новые и новые дозаторы с более высокими техническими характеристиками и более приспособленные к поточной автоматизации технологических систем. Поэтому, решение задач автоматического дозирования продуктов является актуальной проблемой современной техники. Наиболее типичной задачей, решаемой при дозировании материалов, не зависящей от технологических процессов является выдача заданного количества продукта с требуемой точностью без регламентации или с регламентацией времени (минимальное или определенное): Количество продукта назначается с учетом требований сопряженного технологического потока, а временной интервал обусловлен технологическими требованиями. 76

3.3.1 Классификация Существующая классификация дозирующих систем распределяет известные устройства по принципу действия на 3 класса: бункерные; ленточные и массовые. Анализ принципа действия бункерных, ленточных и массовых расходомеров показывает, что их работа основана на механической уравновешивающей силе. Проведенный патентный анализ убеждает, что, несмотря на огромное количество известных дозирующих систем (один из самых представительных классов международной патентной классификации изобретений) в подавляющем большинстве используется механическая уравновешивающая сила, для которой характерны недостатки, существенно ограничивающие эффективность процесса и затрудняющие полную автоматизацию процесса дозирования различных продуктов. Нами предложен дополнительный критерий: тип уравновешивающей силы. По этому критерию дозирующие системы подразделяем на два класса: механические - известные с указанными недостатками и новые - электромагнитные, в которых за счет электромагнитной уравновешивающей силы эти недостатки устраняются с реализацией известного изобретательского принципа "То, что есть минус недостатки". 3.3.2 Обобщенная функциональная схема Рассмотрим на функциональном уровне группу разработанных изобретений - способов автоматического порцуионного дозирования различных продуктов. Цель - повышение эффективности функционирования дозирующих систем за счет использования электромагнитной уравновешивающей силы. Обобщенная функциональная схема в соответствии с рисунком 3.1 содержит: исполнительный механизм 1, предназначенный для включения или отключения потока продукта и выполняющий функцию питателя; емкость 2, в кото рой накапливается продукт до заданной массы порции; механизм опорожнения 3, с помощью которого достигается подача готовой порции продукта в следующий по ходу технологический агрегат; механизм возврата 4, обеспечивающий

77

Рисунок 3.1 – функциональная схема дозирующей системы с электромагнитной уравновешивающей силой возврат емкости в исходное состояние; источник электрической энергии 5, за счет расходования которой достигается функционирование дозирующей системы; регулирующий элемент 6, с помощью которого изменяется масса порции в определенном диапазоне; источник электромагнитной силы 7, величина которой определяет массу порции; датчик 8, регистрирующий равенство моментов электромагнитной уравновешивающей силы и опрокидывающей силы тяжести и воздействующий на исполнительный механизм для выключения потока; конструктивные элементы 8, необходимые для конструктивного оформления системы. Принцип действия дозирующей системы обеспечивается точно рассчитанным и заранее известным, согласно предварительно снимаемой градуировочной характеристике, взаимодействием элементов 7 и 2. Дальнейшая разработка позволила совместить элементы 2, 3 и 4 в единый элемент и тем самым существенно упростить систему. Кроме того, градуировочные характеристики опытных систем позволяют убедиться в высокой точности дозирования, легкости и оперативности перехода на любую другую из выбранного диапазона массу порции продукта. Характерной особенностью электромагнитных дозирующих систем является совместимость и простота 78

встраивания в большинство технологических процессов пищевой, местной, химической и других отраслей промышленности. 3.3.3 Способ автоматического дозирования готового вещества 3.3.3.1 Реферат описания изобретения Изобретение относится к весоизмерительной технике, а именно к способам дозирования потоков веществ различного агрегатного состояния, позволяющим обеспечивать технологические процессы в пищевой, местной, химической и других отраслях промышленности потоками веществ различного расхода и массы порций с частым переходом по технологическим требованиям от непрерывного дозирования потока вещества на порционное или наоборот. Целью предложенного способа является повышение эффективности функционирования процесса за счет регулирования расхода дозируемого вещества во время цикла дозирования. Способ дозирования потока вещества, включающий пропускание через зазор определенного количества вещества в режиме порционного дозирования. Новым в способе является то, что трубопровод для подачи вещества разделяют на две части, нижнюю из которых снабжают коллектором, а зазор для пропускания потока вещества с заданным расходом в режимах порционного и непрерывного дозирования организуют между боковой поверхностью верхней части трубопровода и основанием, соединенным с ферромагнитным сердечником катушки, изменением силы тока в ее электрической цепи в соответствии с предварительно снятой градуировочной характеристикой "расход вещества ток" для создания электромагнитной подъемной силы, превышающей силу давления вещества на основание и вес последнего. Изобретение позволяет использовать в качестве регулирующего органа электромагнитную силу и тем самым существенно упростить систему и повысить ее надежность. Кроме того, значительно расширяются функциональные возможности по дозированию потоков веществ различного агрегатного состояния в режимах непрерывного и порционного дозирования широкого диапазона расходов и масс порций, а также упрощается процесс перенастройки системы и сокращается время простоя при переходе от режима к режиму. Перечисленные технико-экономические преимущества существенно повышают эффективность функционирования процесса дозирования потоков веществ. 2 ил., 2 табл.

79

3.3.3.2 Описание изобретения МКИ G 01 F 13/00, G 01 G 13/04 СПОСОБ

АВТОМАТИЧЕСКОГО ВЕЩЕСТВА

ДОЗИРОВАНИЯ

ПОТОКА

Изобретение относится к весоизмерительной технике, а именно к способам дозирования потоков веществ различного агрегатного состояния, позволяющим обеспечивать технологические процессы в пищевой, местной, химической и других отраслях промышленности потоками веществ различного расхода и массы порций с частым переходом по технологическим требованиям от непрерывного дозирования потока вещества на порционное или наоборот. Известны способы дозирования различных веществ, например, с помощью порционных весов, предназначенные для отвешивания жидкостей или сыпучих веществ равными порциями (см., например, кн. П. Профос. Измерения в промышленности. М.: Металлургия, 1980, с.311-329). В соответствующих способах, как правило, подвешивают к равноплечему коромыслу с одной стороны ковш, а с другой гири. Над ковшом предусматривают бункер, впускное отверстие которого закрывают заслонкой, управляемой весами. При поднимании вверх после разгрузки ковшом открывают заслонку с поступлением вещества в него самотеком или с помощью питателей и при наполнении ковша заслонку закрывают. Основным недостатком весовых способов, использующих в качестве уравновешивающей силы груз известной массы, является относительно низкая техническая эффективность, вследствии ограниченных функциональных возможностей из-за невозможности осуществить непрерывное дозирование потока вещества. Кроме того, процесс уравновешивания очень инерционен и не допускает плавного изменения веса порции, т.к. изменить вес порции можно только дискретно, путем снятия или добавления гирь. Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является способ порционного весового дозирования жидкости, при котором для повышения точности и надежности, сосуд устанавливают в исходное положение, наполняют через открытый вентиль и процесс дозирования прерывают с помощью нажимных коммутационных элементов (см., например, Владов Ю.Р. Авт. свид. СССР на изобр. N 1666926А, G 01 F 13/00, Б.И. N 28, 1991). Однако, данный способ, хотя и повышает точность и надежность дозирования вязких жидкостей, но имеет ограниченные функциональные возможности, т.к. не обеспечивает различные режимы дозирования, в том числе режим непрерывного дозирования потока вещества. Кроме того, коммутационные нажимные элементы имеют релейную 2-х позиционную статическую характеристику и дискретная настройка, достигаемая изменением количества используемых коммутационных элементов, излишне жесткая. 80

Рисунок 3.2 – Способ дозирования потока вещества

Рисунок 3.3 – График работы дозирующей системы

81

Цель предложенного способа - повышение эффективности функционирования за счет регулирования расхода дозируемого вещества во время цикла дозирования. Сопоставительный анализ предложенного технического решения с прототипом показывает, что заявляемый способ дозирования потока вещества отличается от известного тем, что в качестве регулируемой подъемной силы для образования соответствующего зазора между боковой поверхностью верхней части трубопровода и основанием, соединенным с ферромагнитным сердечником катушки, используют изменение силы тока в ее электрической цепи в соответствии с предварительно снятой градуировочной характеристикой "расход вещества - ток", причем созданная электромагнитная подъемная сила, превышает силу давления вещества на основание и вес последнего. Это позволяет получить любую в определенном диапазоне величину расхода потока вещества в процессе непрерывного дозирования и веса порции в режиме порционного дозирования, а также включать и выключать поток вещества. Эти отличия позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию "новизна". Существенные признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, не выявлены в других технических решениях при изучении данной и смежных областей техники, связанных с измерением массового расхода веществ и взвешиванием и, следовательно, обеспечивают заявляемому способу соответствие критерию "изобретательский уровень". Дозирование потоков веществ широко применяется в отраслях пищевой, химической, местной промышленности при проведении различных технологических процессов, например в первой, при составлении помольных партий на мельницах, смесей шоколадных масс в кондитерском производстве, при внесении муки, воды, соли, сахара и других добавок в производстве хлеба, при смешивании различных компонентов в производстве комбикормов, при выпуске фасованных пачек продуктов, а следовательно, заявляемое техническое решение является промышленно применимым. Осуществление заявляемого способа поясняется с помощью устройства, функциональная схема которого представлена на риунке3.2 На рисунке3.3 приведен график изменения величины зазора между боковой поверхностью верхней части трубопровода и основанием, а соответственно расхода вещества в различных режимах дозирования. Устройство содержит верхнюю часть трубопровода 1, которая боковой поверхностью в своей нижней части контактирует с основанием 2. Коллектор 3 охватывает зазор, через который проходит поток вещества, и направляет его в нижнюю часть трубопровода 4. В исходном положении основание опирается на опорный элемент 5, сквозь который проходит соединительный элемент, жестко соединяющий основание 2 с ферромагнитным сердечником 6 неподвижной цилиндрической катушки 7. В этом положении электрический ток в цепи отсутствует, а между боковой поверхностью верхней части трубопровода и основанием 2 образуется максимально-возможный зазор, а следовательно, максимальный 82

расход потока вещества. Величину тока в электрической цепи изменяют регулирующим элементом 8, а контролируют с использованием измерительного элемента 9. Ток в цепи протекает под действием источника электрической энергии 10. С помощью блока выбора режима 11 выбирают режим непрерывного дозирования потока вещества, или режим порционного дозирования, или, наконец, режим выключателя и включателя потока вещества. Первый блок задания 12 позволяет выбрать величину расхода в режиме непрерывного дозирования потока вещества. Режим порционного дозирования осуществляют с помощью программного элемента 13, который в установленные моменты времени увеличивает или/и уменьшает зазор, а соответственно проходящий через него расход вещества. Второй блок задания также позволяет установить нужную величину расхода, но в режиме порционного дозирования вещества. На графике работы устройства (рисунок 3.3) интервалы времени соответствуют следующим режимам работы системы: 0-Т1-непрерывный режим работы с расходом F4; T1-T2-непрерывный режим работы с расходом F1; Т2-Т3непрерывный режим работы с расходом F2; Т3-Т4-режим порционного дозирования с расходом F3; Т4-Т5-режим выключателя потока (F=0); Т5-Т6-режим включателя потока вещества с максимальным расходом Fm. Устройство для реализации заявляемого способа дозирования потока вещества работает следующим образом. В исходном состоянии при отсутствии тока в электрической цепи цилиндрической катушки 7 в соответствии с рисунком 3.2 основание 2 опирается на опорные элементы 5 и между ним и боковой поверхностью верхней части трубопровода 1 образуется максимально возможный зазор, а следовательно, при прохождении через него потока вещества - максимальный расход Fм. Дозируемый поток вещества попадает в коллектор 3, собирается им и через нижнюю часть трубопровода 4 уходит к потребителю. Если установить блок выбора режима 11 для работы в режиме непрерывного дозирования, то с помощью первого блока задания 12 достигается соответствующее положение регулирующего элемента 8. Последний обеспечивает соответствующий электрический ток в цепи цилиндрической катушки 7 под действием источника электрической энергии 10. Величину тока контролируют с помощью измерительного элемента 9. Соответственно положению регулирующего элемента в цепи может протекать различный электрический ток, цилиндрическая катушка будет создавать различной величины электромагнитную подъемную силу, которая воздействует на сердечник 6, вызывая перемещение его и жестко с ним соединенного основания 2 в положение, при котором между ним и боковой поверхностью трубопровода 1 образуется зазор, в точности соответствующий предварительно снятой градуировочной характеристике: расход вещества - ток в электрической цепи. Основание 2 установится в такое положение, при котором электромагнитная сила уравновешивается давлением вещества на основание 2 и весом последнего, а соотетственно, достигается различный расход вещества. На рисунке 3.2 разные по величине расходы F4, F1 и F2 изменяются в 83

моменты времени Т1, Т2 и Т3. При выборе с помощью блока 11 режима порционного дозирования с помощью программного элемента 13 устанавливаются моменты времени начала и конца импульсов и с помощью второго блока задания 14 величина тока (а соответственно, зазора и расхода вещества) во время пауз и самих импульсов. Этот режим отражен расходом F3 и временем Т3-Т4. И, наконец, при установке блока выбора 11 в положение, соответствующее режиму выключателя потока вещества электрическую цепь однократно замыкают при минимальном электрическом сопротивлении, например, при зашунтированном регулирующем элементе 8. Тогда, основание 2 закрывает своей образующей верхний трубопровод 1 и расход вещества равен нулю (время Т4Т5). В режиме включателя потока вещества электрическую цепь размыкают. Основание 2 при этом устанавливается на опорные элементы 5, создается максимально возможный зазор и максимальный расход вещества Fm (время Т5 и далее). Составим математическую модель системы по заявляемому способу для выявления существенных факторов. Для соблюдения условия равновесия в системе при дозировании с определенным расходом равнодействующая всех сил, действующих по одной прямой на шарнирно закрепленное основание, равна нулю: Fi = 0

(3.1)

Раскрывая (3.1), имеем Fэм - Fвес. - Fдавл. = 0,

(3.2)

где Fэм - электромагнитная сила, развиваемая цилиндрической катушкой при протекании по цепи электрического тока и воздействующая посредством сердечника на жестко прикрепленное к нему основание. Fэм определяется магнитодвижущей силой цилиндрической катушки и находится как произведение напряженности магнитного поля Н внутри цилиндрической катушки на длину L катушки. В свою очередь напряженность магнитного поля Н найдется: H = I N / L,

(3.3)

где I - сила тока в катушке; N - число витков. Fвес. = m g - сила тяжести основания, равная произведению массы основания m на ускорение свободного падения g; Fдавл. = G V - сила давления вещества на основание; G - расход дозируемого вещества, кг/с; V - его линейная скорость, м/с. Следовательно, электромагнитную силу Fэм выбранной цилиндрической катушки с учетом формул (3.2) и (3.3) можно регулировать в определенном 84

диапазоне, изменяя только силу тока I. При этом, будет изменяться положение основания 2 и соответственно величина зазора между боковой поверхностью верхней части трубопровода 1 и основанием 2 и, следовательно, расход дозируемого вещества. Запишем соотношения, определяющие площадь зазора, а соответственно и расход дозируемого вещества, при цилиндрическом трубопроводе 1 с диаметром dтр при различном выполнении основания 2: а) Основание выполнено в виде прямого усеченного конуса с длиной образующей l, высотой h и радиусами верхней и нижней поверхности r и R (3.4) S = [ dтр2 - h2 + (R-r)2 (R+r)] ; б) Основание выполнено в виде шарового сегмента с радиусом шаровой поверхности R, высотой h и радиусом нижней поверхности r S = [ dтр2 - (r2 + h2)].

(3.5)

Экспериментально также установлено, что расход дозируемого вещества в определенном диапазоне определяется величиной тока, протекающего через цилиндрическую катушку. Таким образом, любое изменение силы тока, протекающего через цилиндрическую катушку, в соответствии с предварительно снятой градуировочной характеристикой: расход вещества - ток, приводит к пропорциональному изменению электромагнитной силы, создаваемой цилиндрической катушкой, которая посредством ферромагнитного сердечника воздействует на основание и приводит к соответствующему изменению зазора и расхода потока вещества. Использование электромагнитной силы существенно расширяет функциональные возможности системы, т.к. в одной системе реализуются различные режимы дозирования: непрерывное и порционное дозирование, режим включения и выключения потока вещества, что устойчиво повышает эффективность функционирования системы. Ниже приводится конкретный пример осуществления заявляемого способа по одной из разработанных конструктивных схем. Способ осуществлен на установке, схема которой (на риунке 3.2) дополнена на входе бункером с заслонкой, а на выходе - приемным устройством. Дополнительные элементы необходимы для создания и изменения расхода вещества. Верхняя и нижняя части трубопровода, коллектор и основание выполнены из оцинковой жести, причем обе части трубопровода взяты одного диаметра (50 мм). В качестве дозирующего вещества выбран песок (20 кг), удельный вес которого 1600 кг/м3. Основание выполнено в виде прямого полого усеченного конуса с диаметром верхней и нижней поверхности соответственно 20 и 50 мм, причем верхняя поверхность закрыта прямым полым конусом с верхней вершиной. Образующая усеченного конуса имеет угол наклона около 55 град., а образующая верхнего конуса наклонена под углом 30 град. Коллектор имеет форму перевернутого полого усеченного конуса с диаметром верхней поверхности 100 мм и нижней - 50 мм. К 85

вершине конуса основания прикреплен штырь диаметром 4 мм, проходящий через закрепленный опорный элемент. Последний выполнен в виде цилиндра с внутренним диаметром 5 мм и жестко прикреплен к стенкам коллектора. К штырю также прикреплен поперечный упор, взаимодействующий в исходном положении с опорным элементом. Время засекалось по электронному секундомеру "Электроника 55". Расход вещества вычислялся каждый раз как отношение постоянной массы песка, взвешенной предварительно на лабораторных весах, к зафиксированному времени дозирования. Цилиндрическая катушка намотана проводом ПЭВ 2 диаметром 0.1 мм и содержит 10.5 тыс. витков, сопротивление обмотки составило 274 кОм. Наружный диаметр катушки 32 мм, а внутренний - 11 мм, высота катушки 60 мм.Сердечник из ферромагнитного материала выбран диаметром 10 мм и длиной также 60 мм. Длина соединительного штыря 40 мм. Регулирующий элемент выполнен в виде потенциометра сопротивлением 5 кОм. Блок выбора и управления выполнен в виде набора электромагнитных реле и кнопок управления. Источник энергии постоянного тока - стабилизированный. 1-ый блок задания движок потенциометра. Программный элемент реализован на базе 3-х программного реле времени типа ВЛ-34УХЛ4 с диапазоном уставок 1-100 с, класс точности отсчета времени 0.1. 2-ой блок задания - приспособление к реле времени, обеспечивающее изменение времени срабатывания и отпускания соответствующих контактов. Предварительно перед опытами снималась градуировочная характеристика: расход вещества - электрический ток. Последний изменялся в диапазоне 3090 мА, а в качестве измерительного элемента использовался миллиамперметр постоянного тока на 100 мА с приведенной погрешностью 0.5 . Результаты измерений для режима непрерывного дозирования сведены в таблицу 3.1 .

Таблица 3.1 - Режим непрерывного дозирования вещества Ток цилиндр 86

Расход кг/с

Расход, по граду ировочной кривой

Относительная погрешность

30 40 50 60 70 80

Повторность 1 2 3 1.30 1.39 1.42 0.90 1.08 1.10 0.76 0.83 0.85 0.55 0.47 0.63 0.42 0.42 0.43 0.21 0.23 0.24

Сред. 1.37 1.03 0.81 0.62 0.42 0.23

1.32 0.99 0.80 0.59 0.40 0.22

3.79 3.70 1.67 4.52 4.99 4.54

Результаты измерений для режима порционного дозирования приведены в таблице 3.2. В режиме включения потока при токе 29.7 мА расход составил 1.3 кг/с, а режим выключения потока достигнут при токе 91.7 мА. Из полученных результатов видно, что относительная погрешность дозирования экспериментальной умстановки не превышает 5.0 % в любом режиме работы. Использование заявляемого изобретения позволяет существенно повысить эффективность функционирования, ввиду возможности дозирования веществ различных агрегатных состояний на одной установке в разных режимах работы, а также упростить процесс перенастройки системы и сократить время простоя при режимном переходе. Перечисленные достоинства предложенного способа дозирования потока вещества, а также малая погрешность дозирования и расширенные функциональные возможности значительно повышают эксплуатационную надежность и техническую эффективность производства. Таблица 3.2 - Режим порционного дозирования вещества Ток цилиндр. Катушки, мА 45 65 75

Расход, по градуировочной кривой, кг/с 0.9 0.5 0.3

Средняя масса порции, кг

Масса на лаборат. весах, кг

Относительная погрешность,%

4.5 5.6 3.0

4.3 5.1 3.2

4.65 1.96 0.62

3.3.3.3 ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ дозирования потока вещества, включающий пропускание через зазор определенного количества вещества в режиме порционного дозирования, отличающийся тем, что трубопровод для подачи вещества разделяют на две части, нижнюю из которых снабжают коллектором, а зазор для пропускания потока вещества с заданным расходом в режимах порционного и непрерывного дозирования организуют между боковой поверхностью верхней части трубопровода и основанием, соединенным с ферромагнитным сердечником катушки, изменением силы тока в ее электрической цепи в соответствии с предваритель87

но снятой градуировочной характеристикой "расход вещества - ток" для создания электромагнитной подъемной силы, превышающей силу давления вещества на основание и вес последнего.

88

Заключение 1 Широкое использование дискретных систем управления для автоматизации технологических процессов во многих отраслях промышленности и агропромышленного комплекса с областью их преимущественного применения управление рабочими машинами и регулирующими органами производственных обьектов, свидетельствует об актуальности данной проблемы. 2 Алгоритмизация, программирование и моделирование дискретных систем управления: дистанционных, позиционных, комбинационных, последовательных и др. с использованием современных средств вычислительной техники, способствует разработке более совершенных систем, приобретению необходимых навыков при их проектировании и эксплуатации за счет возникновения желаемой обратной связи и позволяют получать более совершенные рациональные системы управления. Изобретения, относящиеся к различным отраслям промышленности и агропромышленного комплекса, иллюстрируют решение важных конкретных проблем производства. 3 Предложенная технология изучения отражает не только процесс моделирования дискретных систем управления, но и позволяет непосредственно использовать приведенные схемы, алгоритмы и программы для автоматизации производства. Наиболее типичными дискретными системами управления являются системы, реализующие способы автоматического порционного дозирования веществ. 4 Экономический эффект при использовании разработанных дискретных систем управления достигается за счет получения более совершенных принципиальных электрических схем, алгоритмов и программ, а также более квалифицированного обслуживания, что в свою очередь способствует существенному повышению надежности и эффективности управлению технологическими процессами.

89

Cписок исползованных источников 1 Аверкин А.Н. и др. Проектирование нечетких регуляторов на основе триангулярных норм.//Известия Академии Наук. Теория и системы управления, 1997, N 5, с. 112-118. 2 Энциклопедия кибернетики. - Т.1/Под ред.В.М.Глушкова. -Киев: Главная редакция УСЭ, 1974. -607 с. 3 Основы кибернетики. Теория кибернетических систем./Под ред. проф. К.А.Пупкова. -М.: В.Ш., 1976. -408 с. 4 Пухальский Г.И.,Новосельцева Т.Я. Проектирование дискретных устройств на интегральных микросхемах: Справочник. -М.: Радио и связь, 1990. 304 с. 5 Владов Ю.Р. Анализ и синтез дискретных систем управления: алгоритмы и программы: Лабораторный практикум. -Оренбург: ОрПИ, 1990. - 45 c.

90