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

18

жения S4, S5 и реле тока F1 приводит к появлению логической единицы на их выходах.

ЗАДАНИЕ

1.По описанию технологического процесса постройте электрическую схему системы управления.

2.Опишите алгоритм управления на языке функционально – блочных диаграмм, используя элементарные логические функции «И», «ИЛИ».

3.Ответьте на контрольные вопросы:

3.1.Чем описание алгоритма на языке FBD отличается от описания алгоритма в виде соединения логических элементов?

3.2.В каком порядке выполняются действия, записанные на языке FBD?

3.3.Для чего в языке FBD применяют функции сравнения, арифметические функции , функции управления программой и таймерами?

3.4.Для чего введена взаимная блокировка кнопок включения мотора?

ЛИТЕРАТУРА

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

2. IEC61131-3 Languages. URL: live. fastflexrtu. com/pages/ languages. htm.

19

ЗАНЯТИЕ 6

ПРОГРАММИРОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

НА ЯЗЫКЕ ДИАГРАММ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ФУНКЦИЙ (SFC)

Цель работы – освоение языка диаграмм последовательных функ-

ций (SFC – Sequential Function Chart) Международного стандарта IEC 61131-3 и его применение для формализации алгоритма управления технологическим процессом.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Язык связывает разработчика и пользователя контроллера. Он включает два аспекта работы контроллера:

последовательность исполнения (линейная, разветвленная, переход, петля);

выполняемые действия (не запирающее, запирающее, временная задержка, временное ограничение, пульсирующее).

Описание процесса на языке SFC строят из 5 элементов (рис.12).

Шаг – это устойчивое состояние процесса в виде прямоугольника с номером шага. Шаг является активным, если при этом нем выполняется некоторое действие, показанное справа в виде прямоугольника.

20

Начальный шаг обозначается двойной рамкой.

Переход – это некоторое условие, которое должно быть выполнено при переходе от одного шага к другому. Условие может быть описано на любом языке стандарта IEC 61131-3. На рис. 13 показаны условия открывания переходов, записанные на языке лестничных диаграмм (LD) или функционально – блочных диаграмм (FBD).

IX3 MX1

IX3 &

Рис. 13. Виды условий для срабатывания переходов: а – на языке лестничных диаграмм (LD); б – на языке функционально – блочных диаграмм (FBD)

Прямые связи – это линии, соединяющие шаги и переходы. Они могут быть вертикальными или горизонтальными. Шаги , соединенные вертикальными линиями , следуют сверху вниз через переходы.

Действие – комментарий к активному шагу, показанный внутри прямоугольника справа от шага.

Разветвление аналогично логической операции «ИЛИ» (рис.14). Горизонтальные линии размещаются выше и ниже переходов, причем верхнее соединение горизонтальной и вертикальных линий отмечается крестиком.

21

7

Если переход D открывается, то выполняются шаги 3,4. Если вместо него открывается переход Е, то выполняются шаги 3,5. Если вместо него открывается переход F, то выполняются шаги 3,6. При одновременном открывании переходов D,E,F последовательность шагов определяется приоритетами, присвоенными переходам.

Петля показывает, что при закрывании некоторого перехода С и открывании перехода D процесс возвращается к предыдущему шагу

(рис.15).

Прыжок в последовательности операций позволяет обойти пере-

ходы 18,19, если А=0, D=1(рис.16).

22

Задание 1. Управление направлением вращения электромотора

Если кнопка S1 включена, то контактор К1 включает вращение мотора против часовой стрелки. Чтобы изменить направление вращения, сначала нажимают кнопку выключения S2, которая выключает К1. Через 10 секунд мотор останавливается. Теперь нажимают кнопку S3 и включают контактор К2 вращения мотора по часовой стрелке. Если кнопки S1 и S3 нажать одновременно, то ни один из контакторов не включится. Контакторы К1 и К2 отключаются при срабатывании датчика превышения тока F1.

Опишите алгоритм управления электромотором на языке диаграмм последовательных функций SFC.Для изменения направления вращения используйте альтернативное ответвление. Покажите условие перехода от одного шага к другому. Время до остановки мотора отображайте отдельным шагом.

23

Задание 2. Управление роботизированным технологическим комплексом

П

Рис. 17. Схема роботизированного технологического комплекса

В исходном положении манипулятор робота Р находится над накопителем заготовок З (рис. 17). Пуансон пресса П опускается, штампует деталь и поднимается. Импульсом сжатого воздуха деталь из-под пресса выбрасывается в накопитель деталей Д. Захватным устройством манипулятор захватывает заготовку из накопителя З, поворачивается к прессу П и отпускает заготовку. Затем манипулятор поворачивается к накопителю заготовок З. Цикл штамповки повторяется.

Сформируйте описание алгоритма управления на языке диаграмм последовательных функций SFC.

Задание 3. Ответьте на контрольные вопросы:

Чем отличаются логические операции с ответвлениями выше и ниже перехода?

Как описать операции логического сложения и умножения на язы-

ке SFC?

Что понимается под последовательностью исполнения и выполняемыми действиями программируемого контроллера?

Приведите практические примеры операций, описываемых петлей, разветвлением, прыжком.

Приведите практические примеры операций, отображаемых шагом, переходом или действием.

ЛИТЕРАТУРА

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

24

2.IEC61131-3 PLC programming. URL: www.ing.unife.it/docenti/ CesareFantuzzi/www/inglese/curriculumse2.html.

3.Petri J. Concept for Quantum, Compact and Momentum. Schneider Automation Gm bH.- 1998.- 502 p.

ЗАНЯТИЕ 7 НЕЧЕТКОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДВИЖЕНИЕМ РОБОКАРА

Цель занятия – освоение принципов фуззи-регулирования на примере управления автоматической тележкой.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ

Традиционная теория управления не подходит для объектов, у которых:

цели автоматизации не могут быть выражены количественно; нельзя точно выявить связь между некоторыми параметрами,

влияющими на процесс; управление является многошаговым, причем нельзя заранее опи-

сать каждый шаг.

Для таких объектов стали развиваться принципы логиколингвистического управления, одним из которых является фуззирегулирование. Измеряемой переменной присваивают функцию принадлежности некоторому понятию. Покажем ее смысл на примере оценки возраста человека (рис.17).

Возраст от 16 до 30 лет больше всего соответствует понятию «молодой», поэтому функция принадлежности для него равна 1. До 16 лет функция возрастает от 0 до 1, а после 35 лет убывает от 0 до 1. Значения функции принадлежности определяют эксперты.

При фуззи-регулировании четкий сигнал датчика сначала переводят в нечеткую форму (фуззифицируют), затем обрабатывают, переводят в обычную форму (дефуззифицируют) и подают на исполнительные устройства. Вместо количественной переменной вводят понятие лингвистической переменной, значениями которой являются слова естественного языка, называемые термами. Например, при фуззи-управлении движением робота вводят лингвистические переменные: ДИСТАНЦИЯ (расстояние от робота до препятствия) и НАПРАВЛЕНИЕ (угол между

25

Рис.18. Функция принадлежности для понятия «молодой»

продольной осью робота и направлением на препятствие). Значениями лингвистической переменной ДИСТАНЦИЯ могут быть термы ДАЛЕКО, СРЕДНЯЯ, БЛИЗКО и ОЧЕНЬ БЛИЗКО. При фуззификации задают функцию принадлежности этим термам расстояния, измеряемого дальномером. Например, для расстояния в один метр функция принадлежности к терму ОЧЕНЬ БЛИЗКО равна 0,7, а к терму БЛИЗКО - 0,3. Для переменной НАПРАВЛЕНИЕ можно ввести термы РЕЗКО ВЛЕВО, ВЛЕВО, ПРЯМО, ВПРАВО, РЕЗКО ВПРАВО, задающие угол поворота рулевого колеса от 0 до 90 градусов.

В качестве объекта управления выбрана автоматическая тележка, для управления которой на занятии 3 строилась автоматная таблица. Тележка должна обходить случайные препятствия, появляющиеся при ее движении от пункта А до пункта Б. На тележке установлен ультразвуковой дальномер для определения расстояния до препятствий. Максимальный размер препятствия- 1×1 ×1 м. Масса тележки –1 тонна, скорость движения – 1 м/с, коэффициент сцепления колес с почвой -0,3.

ЗАДАНИЕ

Рассчитайте минимальное расстояние для торможения тележки без удара о препятствие.

Задайте функции принадлежности термам измеряемых величин и команд управления.

Постройте таблицу нечетких правил для управления тележкой при обнаружении препятствий. Ее строки - направление движения тележки (прямо, направо, налево). Ее столбцы - расстояние до препятствия ( далекое, среднее, близкое, очень близкое). В ячейках таблицы задайте нечеткие команды управления рулевым колесом тележки (резко вправо, резко влево, вправо, влево, прямо). Таблицу строят путем построения

26

словесных выражений типа: Если ДИСТАНЦИЯ БЛИЗКО и НАПРАВЛЕНИЕ ПРАВОЕ, тогда РУЛЕВОЙ УГОЛ РЕЗКО ВЛЕВО. Постройте структуру фуззи-контроллера (рис.19), в которую введите лингвистические переменные для управления транспортной тележкой.

база данных

лингв. переменные нечеткие правила

Рис. 19. Структура фуззи-контроллера

Ответьте на контрольные вопросы:

Вкаких случаях прибегают к нечеткой логике?

Вчем смысл фуззификации и дефуззификации?

Что показывает функция принадлежности и кто ее формирует? Как задают алгоритм фуззи-регулирования поворота тележки? Как упростить управление тележкой при неподвижных препятст-

виях с известным положением в пространстве?

ЛИТЕРАТУРА

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

2.Поспелов Д.А. Логико-лингвистические модели в системах управления. - М.: Энергоатомиздат,1981.-232с.

3.Наумов А. Нечеткая логика: ссылки.

4.URL: http://www.fuzzy.spb.ru/sci/sci.htm.