Файл: В.Л. Конюх Современные технологии автоматизации.pdf

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ КУЗБАССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра электропривода и автоматизации

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ АВТОМАТИЗАЦИИ Методические указания к практическим занятиям для студентов специальности 180400

«Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов»

Составитель В. Л. Конюх Утверждены на заседании кафедры Протокол № 4 от 7 марта 2001 г.

Рекомендованы к печати учебнометодической комиссией по специальности 180400

Протокол № 6 от 19 марта 2001г.

Электронная копия находится в библиотеке главного корпуса ГУ КузГТУ

Кемерово 2002

1

ВВЕДЕНИЕ

Методические указания разработаны в соответствии с учебной программой дисциплины «Современные технологии автоматизации». На практических занятиях студенты должны научиться разделять задачи уровней автоматизации компьютерно-интегрированного производства, формализовать алгоритмы управления технологическим оборудованием в виде автоматных таблиц, описывать алгоритмы управления оборудованием для программирования контроллеров на языках стандарта IEC 61131-3, применять нечеткие алгоритмы управления оборудованием, сопоставлять стоимость и эффективность проектов автоматизации технологических процессов.

При разработке задач использованы материалы журналов «Современные технологии автоматизации» и «Мир компьютерной автоматизации» за 1996-2000 гг., а также зарубежная литература. Содержание занятий апробировано со студентами 5-го курса ГУ КузГТУ специальности «Электропривод и автоматизация промышленных установок и технологических комплексов » в осенних семестрах 2000/2001 и 2001/2002 гг.

3

SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) – супервизор-

ное управление оборудованием и обобщение данных, отображающих процесс производства на экране компьютера с мнемосхемой технологического оборудования;

MES (Manufacturing Execution System) – система исполнения про-

изводства, связывающая менеджеров верхнего уровня с текущим производством;

MRP (Manufacturing Resources Planning) – система планирования ресурсов, обеспечивающая анализ и выбор стратегии производства, учет и управление материальными и финансовыми ресурсами.

Уровни I/O , Сontrol , SCADA обеспечивают выпуск заданных видов продукции с помощью систем автоматического управления оборудованием. На уровне MRP формируется стратегия производства в условиях изменяющегося спроса: формируются заказы, обеспечивающие наибольшую прибыль; планируются замена оборудования, поставка материалов и потребление энергии. Недавно появившийся уровень MES связывает уровень планирования MRP с уровнями исполнения заданий. Он позволяет менеджеру наблюдать за ходом производства, оценивать себестоимость разных видов продукции и сопоставлять ее с рыночными ценами. Уровни соединяются друг с другом с помощью промышленных шин, образуя корпоративную сеть Intranet с выходом в

Internet .

ЗАДАНИЕ

1.Кратко опишите технологию какого–либо известного вам производства.

2.Опишите конкретные задачи, которые могли бы решаться для данного производства на каждом из пяти уровней автоматизации.

3.Ответьте на контрольные вопросы:

3.1.Что привело к появлению уровня MES?

3.2.В чем состоит эффект от применения уровня SCADA?

3.3.Чем отличаются уровни MES и SCADA?

3.4.Какие задачи может решать пятиуровневая система автоматизации в перспективе?

4

ЛИТЕРАТУРА

1.Конюх В.Л. Компьютерная автоматизация производства: Учеб. пособие.- Кемерово: КузГТУ, 2002.- 218 с.

2.Костяков С. Промышленность - в центре внимания. Концепция построения современных систем автоматизации производства. CompUnity.- 1996, №9.- С. 74-80.

3.Конюх В.Л. Информационные технологии в автоматизации производства// Вестн. КузГТУ.- 2000.- №6.- С. 4-9.

ЗАНЯТИЕ 2

ФОРМАЛИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ОБОРУДОВАНИЕМ ДЛЯ ХОЛОДНОЙ ЛИСТОВОЙ ШТАМПОВКИ

Цель занятия – алгоритмизация управления оборудованием на языке автоматных таблиц.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Язык автоматных таблиц является простейшим методом формализации алгоритмов логического управления технологическим оборудованием. Используя составленную технологом автоматную таблицу, специалист по автоматике создает систему автоматического управления оборудованием заказчика. Устройство управления УУ представляется как преобразователь набора сигналов датчиков а1 . . .а2 . . . аn в набор команд управления технологическим оборудованием z1…z2…zn

(рис. 2) .

УУ

Рис. 2. Устройство управления

5

Для n датчиков с двумя состояниями возможны не более 2n комбинаций их сигналов или входов УУ. Все они должны быть перечислены в левой части автоматной таблицы, желательно в порядке формирования комбинаций двоичного кода: xxx00 , xxx01 , xxx10 , xxx11 и т.д.

В правой части таблицы записывают команды на исполнительные устройства, необходимые для управления конкретным технологическим оборудованием.

Если команды управления зависят не только от комбинаций датчиков, но и от состояния устройства управления, то дополнительно составляют таблицу переходов, показывающую переход из одного состояния в другое при смене сигналов датчиков.

Рекомендуется следующий порядок выполнения задания:

-выберите набор датчиков а1 , . . . , а2, . . . , аn , необходимый для управления технологическим процессом;

-задайте связь между состояниями оборудования и сигналами датчиков, например: а1=0 , если захватное устройство робота раскрыто,

иа1=1 , если захватное устройство закрыто;

-составьте автоматную таблицу по образцу табл.1: ее левая часть должна содержать столько столбцов, сколько датчиков вы решили применить; ее правая часть должна содержать столько столбцов, сколь-

ко исполнительных устройств нужно для управления технологическим оборудованием; число строк таблицы должно быть равно 2n, где n = число датчиков;

Таблица 1

Вид автоматной таблицы

-заполните левую часть всеми комбинациями состояний датчиков

впорядке формирования двоичного кода;

6

-для каждой комбинации определите, какие команды следует подавать на исполнительные устройства для управления технологическим оборудованием;

-составьте логические уравнения для управления каждым исполнительным устройством, например:

z1 = a1a2 ...an +a1a2 ...an +...,

где а1a2…an - набор состояний датчиков в строке автоматной таблицы, а1=1, a1 =0 - состояние отдельного датчика.

ОПИСАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

В существующей технологии холодной листовой штамповки (рис. 3, а) рабочий берет заготовку из накопителя заготовок З и кладет ее под пресс П. Затем он нажимает кнопку опускания пуансона в прессе. После штамповки заготовки рабочий нажимает кнопку подъема пуансона, вынимает деталь и кладет ее в накопитель деталей Д.

Вместо рабочего предлагается установить автоматический манипулятор (рис. 3, б). Система управления роботизированным комплексом должна обеспечивать:

поворот манипулятора к накопителю заготовок; захват заготовки; поворот манипулятора к прессу (если пуансон поднят);

отпускание заготовки в позиции штамповки; отвод манипулятора к накопителю заготовок; опускание пуансона; подъем пуансона;

включение электропневматического клапана для выбрасывания детали из-под пресса.

7

ЗАДАНИЕ

1.Выберите наборы датчиков и исполнительных устройств для автоматизации процесса штамповки.

2.Составьте автоматную таблицу, задающую алгоритм управления оборудованием.

3.Постройте логические функции для каждого из исполнительных устройств.

4.Ответьте на контрольные вопросы:

4.1.Почему число строк автоматной таблицы принимает только следующие значения: 4,8,16,32,64,128 и т.д.?

4.2.Что делать в ситуациях, когда пуансон опущен на захватное устройство?

4.3.Нужен ли датчик наличия детали под пуансоном?

4.4.Как влияет на автоматную таблицу пневматический выброс детали после штамповки вместо ее извлечения роботом?

ЛИТЕРАТУРА

1.Захаров В.Н. Системы управления / В.Н. Захаров, Д.А. Поспелов, В.И. Хазацкий. - М.: Энергия, 1977.- 419 c.

2.Конюх В.Л. Информационные устройства и системы в автоматизированном производстве: Учеб.пособие.- Кемерово: КузГТУ, 2000. - 132 с.

3.Адельсон-Вельский В.Д. Дискретная математика для инженеров.- М.: Энергоатомиздат, 1975. -335 с.

ЗАНЯТИЕ 3 ФОРМАЛИЗАЦИЯ УПРАВЛЕНИЯ ТРАНСПОРТНЫМ РОБОТОМ

Цель занятия – составление автоматной таблицы для управления мобильным объектом.

8

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Объект управления представляет собой автоматическую тележку, которая перевозит грузы от пункта А до пункта Б (рис. 4). После загрузки тележки в пункте А и готовности пункта Б к приему груза центральная ЭВМ передает на тележку команду а1 , разрешающую движение. На борту тележки имеются барабанные переключатели направления движения (вперед или назад) и режима включения тяговых двигателей (движение, торможение). Переключатель сохраняет свое положение после прекращения управляющего воздействия. Каждое из его двух положений фиксируется датчиком. Должен быть датчик аварии (столкновение с препятствием, отключение питания и пр.), срабатывание которого приводит к аварийной остановке тележки и вызову диспетчера.

ЭВМ а1

А Б

Рис. 4. Схема доставки грузов транспортным роботом

ЗАДАНИЕ

1.Сформируйте наборы датчиков и исполнительных устройств, необходимые для автоматического управления тележкой.

2.Составьте автоматную таблицу, описывающую алгоритм управления тележкой.

3.Постройте логические уравнения для управления каждым из исполнительных устройств.

4.Ответьте на контрольные вопросы:

4.1.Как изменится автоматная таблица, если барабанные переключатели будут возвращаться в исходное положение не отдельным приводом, а пружиной?

4.2.Какие комбинации датчиков невозможны по технологическим условиям?

9

4.3. Как изменится автоматная таблица, если сигнал разрешения движения a1 будет формировать не ЭВМ, а непосредственно пункты А и Б?

ЛИТЕРАТУРА

1.Конюх В.Л. Компьютерная автоматизация производства: Учеб. пособие. -Кемерово: КузГТУ, 2002.- 218 с.

2.Захаров В.Н. Системы управления/ В.Н. Захаров, Д.А. Поспелов, В.И. Хазацкий. - М.: Энергия, 1977.- 419 c.

3.Срибнер Л.А. Программируемые устройства автоматики. Киев:

Техника, 1982.-176 с.

ЗАНЯТИЕ 4

ПРОГРАММИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ НА ЯЗЫКЕ ЛЕСТНИЧНЫХ ДИАГРАММ (LD)

Цель занятия – освоение языка лестничных диаграмм (LD) и его применение для формализации алгоритма управления технологическим процессом.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Язык лестничных диаграмм (LD – Ladder Diagram) является графическим языком программирования систем управления, входящим в Международный стандарт IEC 61131-3. Он развивает язык лестничной логики, описывающий работу релейно-контактных схем.

Лестничная диаграмма содержит:

-левую двойную вертикальную шину питания;

-горизонтальные и вертикальные линии;

-контакты (4 вида);

-обмотки исполнительных устройств (6 видов);

-функции и функциональные блоки на языке функциональноблочных диаграмм (FBD).

Обмотка исполнительного устройства отображается крайней справа. Подразумевается, что ее правый конец подключен к правой вертикальной шине питания, которую не рисуют. Между ней и левой шиной питания размещают соединения контактов, функций и функ-