Скачать презентацию Лекция 15 Реализация алгоритмов дискретного управления электроприводами с Скачать презентацию Лекция 15 Реализация алгоритмов дискретного управления электроприводами с

лекэпсхм-15.pptx

  • Количество слайдов: 35

Лекция 15 Реализация алгоритмов дискретного управления электроприводами с. х. машин Лекция 15 Реализация алгоритмов дискретного управления электроприводами с. х. машин

Пример 1. Управление вакуумными насосами доильных установок. Доильные установки комплектуются вакуумными насосами. Их количество Пример 1. Управление вакуумными насосами доильных установок. Доильные установки комплектуются вакуумными насосами. Их количество зависит от числа обслуживаемых коров. Например, одна доильная установка АДМ-8 содержит 2 вакуумных насоса, работающих параллельно, она предназначена для доения 200 коров в стойлах. На ферме 400 коров используют 2 установки АДМ 8, содержащих 4 вакуумных насоса. Производительность насосов выбирается с 2, 5 -3 кратным запасом, чтобы обеспечить доение коров при любых ситуациях. Технологическая схема вакуумной системы с 4 насосами приведена на рисунке 1. Технически целесообразным и экономически обоснованным является изменение числа одновременно работающих вакуумных насосов таким образом, чтобы их производительность была равна расходу воздуха, потребляемого работающими доильными аппаратами. Для этого в вакуумной системе установим электроконтактный вакуумметр, имеющий два дискретных выходных сигнала – вакуум меньше заданного и вакуум больше заданного. Внешний вид и электрическая схема вакуумметра показаны на рисунке 2.

Рисунок 1 – Вакуумная система доильной установки: 1 -коровник на 200 голов; 2 -вакуумпровод; Рисунок 1 – Вакуумная система доильной установки: 1 -коровник на 200 голов; 2 -вакуумпровод; 3 -молокопровод; 4 -вакуумные насосы; 5 ресивер; 6 -датчик вакуума; 7 -грузовой вакуумрегулятор; 8 дифференциальный вакуумрегулятор; 9 -релизер.

Рисунок 2 – Электроконтактный вакуумметр: С-подвижный контакт, соединенный со стрелкой; М-неподвижный контакт «вакуум мал» Рисунок 2 – Электроконтактный вакуумметр: С-подвижный контакт, соединенный со стрелкой; М-неподвижный контакт «вакуум мал» ; Б-неподвижный контакт «вакуум велик» .

Показывающий электроконтактный вакуумметр (рисунок 2) имеет подвижный контакт С, соединенный со стрелкой, и два Показывающий электроконтактный вакуумметр (рисунок 2) имеет подвижный контакт С, соединенный со стрелкой, и два неподвижных контакта Б и М, место установки которых на шкале датчика может изменяться вручную. Если значение вакуума находится в требуемых пределах, т. е. стрелка С между контактами Б и М, то никакая электрическая цепь не замкнута – как показано на рисунке 2. Если вакуум меньше заданного, то замкнута пара СМ. Если вакуум больше заданного, то замкнута пара СБ. Таким образом, датчик вакуума вырабатывает дискретные сигналы управления. В данном примере объектом автоматизации является вакуумная насосная станция доильной установки. Он представляет собой единое целое и не может быть разделен на отдельные автономные участки, т. е. это одноуровневая централизованная система дискретного управления. Регулирующими органами объекта являются вакуумные насосы. Исполнительные органы – электропривод вакуумных насосов. Воспринимающий орган – электроконтактный вакуумметр.

Система управления по реализуемому алгоритму является дискретной и ее функциональная схема представлена на рисунке Система управления по реализуемому алгоритму является дискретной и ее функциональная схема представлена на рисунке 3 а. Для синтеза системы представим ее в виде 4 х одинаковых блоков – рисунок 3 б (число блоков равно числу вакуумных насосов). Для построения системы управления надо использовать 4 одинаковых логических ячейки. Выполним синтез алгоритма управления для одной ячейки (рисунок 3 б). Введем условные обозначения: 0 – отсутствие сигнала; 1 – наличие сигнала; Zi – сигнал управления электродвигателем «i» насоса; Z=0 – электродвигатель отключен; Z-1 – электродвигатель включен; Б и М – сигналы датчика вакуума, соответственно величина вакуума «больше» и «меньше» заданного; Б=0 – вакуум не более заданного; Б=1 – вакуум более заданного; М=0 – вакуум не менее заданного; М=1 – вакуум менее заданного.

Рисунок 3 – Функциональная схема дискретной системы управления насосами: а-функциональная схема системы управления; б-структурная Рисунок 3 – Функциональная схема дискретной системы управления насосами: а-функциональная схема системы управления; б-структурная схема логической ячейки управления с одним выходным сигналом.

Технологические требования: - система управления должна обеспечивать величину вакуума в вакуумпроводе, равную заданному значению, Технологические требования: - система управления должна обеспечивать величину вакуума в вакуумпроводе, равную заданному значению, т. е. Б=0 и М=0; - при наличие сигнала «вакуум мал» , т. е. М=1 - насосы должны включаться в работу последовательно один за другим (сначала Zi-1, затем Zi, потом Zi+1) до тех пор, пока этот сигнал не исчезнет; - при наличие сигнала «вакуум велик» , т. е. Б=1 - насосы должны отключаться последовательно один за другим (сначала Zi+1, затем Zi, потом Zi-1) до тех пор, пока этот сигнал не исчезнет; - для сглаживания переходных процессов, связанных с колебаниями величины вакуума, необходимо, чтобы соседние насосы включались-отключались с требуемой технологической задержкой времени. Учет времени задержки при включении-отключении соседних вакуумных насосов проведем на этапе построения схемы управления.

Словесный алгоритм управления: исходное состояние Б=1, М=0, Zi-1=0, Zi+1=0 – Zi=0; если Б=0 и Словесный алгоритм управления: исходное состояние Б=1, М=0, Zi-1=0, Zi+1=0 – Zi=0; если Б=0 и М=0 – состояние Zi не изменяется; если Б=0, М=1, Zi-1=0, Zi+1=0 – Zi=0; если Б=0, М=1, Zi-1=1, Zi+1=0 – Zi=1; если Б=0 и М=0 – состояние Zi не изменяется; если Б=0, М=1, Zi-1=1, Zi+1=1 – Zi=1; если Б=0 и М=0 – состояние Zi не изменяется; если Б=1, М=0, Zi-1=1, Zi+1=1 – Zi=1; если Б=1, М=0, Zi-1=1, Zi+1=0 – Zi=0; если Б=0 и М=0 – состояние Zi не изменяется; если Б=1, М=0, Zi-1=0, Zi+1=0 – Zi=0. Для проверки полноты и правильности задания алгоритма управления составим диаграмму тактов – рисунок 4 и заполним таблицу истинности – таблица 1. Как следует из диаграммы тактов и таблицы истинности в алгоритме управления имеется один неоднозначный такт – набор № 2 и семь неопределенных тактов – наборы № 1, 5, 9, 12, 13, 14, 15.

Рисунок 4 – Диаграмма тактов к примеру 1. Рисунок 4 – Диаграмма тактов к примеру 1.

Таблица 1 – Таблица истинности к примеру 1. № такта М Б 0, а Таблица 1 – Таблица истинности к примеру 1. № такта М Б 0, а 0 0 0 1 - 2, и 0, и 1 0 0, 1 3, д 0 0 1 1 1 4, з 0 1 0 0 0 5 0 1 - 6, ж 0 1 1 0 0 7, е 0 1 1 8, б 1 0 0 9 1 0 0 1 - 10, в 1 0 1 11, г 1 0 1 12 1 1 0 0 - 13 1 1 0 1 - 14 1 1 1 0 - 15 1 1 -

Присвоив на неопределенных тактах выходному сигналу значение « 0» , запишем уравнение логической функции Присвоив на неопределенных тактах выходному сигналу значение « 0» , запишем уравнение логической функции в виде СДНФ, т. е. Для минимизации методом непосредственного упрощения представим это выражение в виде Проведем минимизацию для Y 1 и Y 2 в отдельности, т. е. Построим таблицы реализаций для исключения излишних членов, получившихся в результате сравнения наборов переменных между собой: таблица 2 для Y 1 и таблица 3 для Y 2.

Таблица 2 – Таблица реализаций для Y 1. Полученные ЭК Исходные КЕ (+) Таблица Таблица 2 – Таблица реализаций для Y 1. Полученные ЭК Исходные КЕ (+) Таблица 3 – Таблица реализаций для Y 2. Полученные ЭК Исходные КЕ (+) (+) + С учетом данных, полученных в таблицах 2 и 3, можно записать, что

Следовательно Заключительным шагом этапа минимизации является учет несуществующих комбинаций входных сигналов в этом алгоритме Следовательно Заключительным шагом этапа минимизации является учет несуществующих комбинаций входных сигналов в этом алгоритме управления. Согласно данных таблицы 1 функция не определена на наборах № 1, 5, 9, 12, 13, 14, 15. Они возникли из-за невозможности одновременного наличия комбинаций входных сигналов: М=1 и Б=1, и. С учетом данных таблицы 6 (лекция 9, 10) выполним учет несуществующих комбинаций входных сигналов, т. е. проведем замены: В окончательном виде алгоритм управления примет вид: Задержку времени на включение «tв» учтем при подаче сигнала Zi-1, задержку времени на выключение «to» – Zi+1.

Для моделирования алгоритма управления в программе LOGO! Soft Comfort составим схему одной ячейки управления. Для моделирования алгоритма управления в программе LOGO! Soft Comfort составим схему одной ячейки управления. Выполним эмуляцию всех ее режимов работы, при необходимости внесем коррективы в функциональную блок-схему. На рисунке 5 приведена схема одной ячейки управления вакуумным насосом. Затем выполнив ее копирование, получим схему управления 4 вакуумными насосами, причем при i=1 значение сигнала Zi-1=Z 0=1, при i=4 – Zi+1=Z 5=0 – рисунок 6. Исследования данного алгоритма управления как при эмуляции в программе LOGO! Soft Comfort, так и на лабораторном стенде показали его полное соответствие требованиям технологического процесса и работоспособность этой дискретной системы управления. Для схемы на рисунке 5 блок I 4 имитирует сигнал насоса Zi-1, блок I 3 имитирует сигнал насоса Zi+1, блок I 1 имитирует сигнал датчика М, блок I 2 имитирует сигнал датчика Б, блок Q 1 формирует выходной сигнал насоса Zi, блок В 001 формирует задержку на включение tв, блок В 002 формирует задержку на отключение tо.

Рисунок 5 – Функциональная блок-схема ячейки управления одним вакуумным насосом. Рисунок 5 – Функциональная блок-схема ячейки управления одним вакуумным насосом.

Рисунок 6 – Функциональная блок-схема управления 4 вакуумными насосами. Рисунок 6 – Функциональная блок-схема управления 4 вакуумными насосами.

В схеме на рисунке 6 добавлен блок I 1, он предназначен для формирования команды В схеме на рисунке 6 добавлен блок I 1, он предназначен для формирования команды «работа-стоп» . Когда выходной сигнал блока I 1 равен 0 (сигнал «стоп» ), то все электродвигатели насосов должны быть отключены. Когда выходной сигнал блока I 1 равен 1 (сигнал «работа» ), то управление работой электродвигателей насосов осуществляется от сигналов датчика величины вакуума – М и Б согласно разработанному алгоритму управления. Для реализации этих функций в схему введены логические блоки В 025 и В 026. При реализации команды «стоп» блоками В 025 и В 026 сигналы датчиков М и Б отключаются и принудительно формируется логический сигнал 1 на шине управления эквивалентный сигналу Б=1, поэтому все насосы последовательно отключаются.

Пример 2. Управление оборудованием кормоцеха. Объект – поточная линия кормоцеха, представленная на рисунке 7. Пример 2. Управление оборудованием кормоцеха. Объект – поточная линия кормоцеха, представленная на рисунке 7. Описание технологического процесса: дробленое зерно поступает в бункер-накопитель Б 1; одновременно в бункер Б 2 поступают мочевина и бектонит натрия; компоненты в бункеры Б 1 и Б 2 подаются транспортерами Т 1 и Т 2; на выходе из бункеров установлены заслонки с электромагнитным приводом УА 1 и УА 2; из бункеров Б 1 и Б 2 компоненты поступают на собирающий транспортер Т 3, который перемещает их в смеситель С 1; при заполнении смесителя С 1 вся линия останавливается (срабатывает датчик заполнения смесителя SP); готовый продукт из смесителя поступает в транспортное средство. Как следует из описания работы, режим работы всех электродвигателей и клапанов – дискретный. Для обеспечения нормальной работы кормоцеха требуется реализовать заданную очередность включения-отключения всего оборудования. При этом в процессе управления оборудованием должны осуществляться, необходимые по технологии, временные функции при включении и отключении соседних машин, необходимые для исключения перегрузки и образования завалов на каждом из агрегатов.

Рисунок 7 – Технологическая схема кормоцеха: Б 1, Б 2 – бункеры; Т 1, Рисунок 7 – Технологическая схема кормоцеха: Б 1, Б 2 – бункеры; Т 1, Т 2, Т 3 – транспортеры; С 1 – смеситель; М 1…М 4 – электродвигатели; УА 1, УА 2 – электромагнитный привод; SP – датчик уровня.

В кормоцехе следует предусматривать автоматизацию производственных процессов. Соответствующие разделы должны удовлетворять требованиям ПУЭ. Все В кормоцехе следует предусматривать автоматизацию производственных процессов. Соответствующие разделы должны удовлетворять требованиям ПУЭ. Все механизмы и оборудование, входящие в линию кормоприготовления и кормораздачи, должны быть сблокированы между собой. Направление блокировок должно быть обратным направлению движения продукта. Аспирационные сети должны включаться за 30 с до включения технологических линий и отключаться после остановки линии через 120 -180 с. Система управления не должна допускать режимов, приводящих к потерям корма и необходимости применения ручного труда. Она должна обеспечивать постоянство режимов работы технологических линий, машин и оборудования. При проектировании автоматизации производства управление технологическими линиями кормоцеха должно осуществляться одним оператором.

Система должна иметь два режима управления: - местное, при наладках и ремонтах; ручное дистанционное Система должна иметь два режима управления: - местное, при наладках и ремонтах; ручное дистанционное с центрального пульта (шкафа) с сохранением блокировочных зависимостей. Центральный пульт (шкаф) управления и контроля целесообразно располагать в помещении, обеспечивающем визуальный контроль за процессами приготовления и технологическими линиями дозирования и подачи корма из бункеров-дозаторов на внутрицеховые транспортные средства (за исключением оборудования, установленного во взрывоопасных помещениях). На пульте (шкафе) управления должна быть предусмотрена световая сигнализация: - включенного и аварийного состояния звеньев поточной линии; верхнего и нижнего уровней корма в бункерах-дозаторах и др. Световая сигнализация должна быть оформлена на мнемосхеме. Конструкции пультов (шкафов) управления должны соответствовать ГОСТ 14255 -86 и предусматривать возможность безопасной ревизии, наладки и ремонта. Пульт управления должен быть выполнен в соответствии с требованиями эргономики, позволяя оператору вести управление сидя.

Местные кнопочные посты должны располагаться вблизи управляемых механизмов. Необходимо предусмотреть предотвращение включения электродвигателей с Местные кнопочные посты должны располагаться вблизи управляемых механизмов. Необходимо предусмотреть предотвращение включения электродвигателей с центрального пульта (шкафа) управления при наладке и ремонте. Кнопки «стоп» должны обеспечивать отключение электропривода независимо от того, на каком режиме управления (местном или дистанционном) он находится. Местные кнопки управления должны иметь фиксацию штифта «стоп» для исключения дистанционного пуска при пуско-наладочных и ремонтных работах. Во всех режимах управления механизмами кормоцеха должно быть предусмотрено предупредительное звуковое оповещение о пуске цеха (линии, участка). Оно должно быть принудительным. Способы подачи команды начала пуска, способы съема звукового сигнала должны быть определены в проекте. Световая сигнализация состояния технологических линий кормоцеха (включено - отключено, открыто - закрыто) должна различаться особенно четко цветом, формой или другими признаками.

Звуковые и световые сигнальные приборы необходимо устанавливать в зоне постоянного пребывания обслуживающего персонала. При Звуковые и световые сигнальные приборы необходимо устанавливать в зоне постоянного пребывания обслуживающего персонала. При аварийной остановке вентилятора пневмотранспортной установки одновременно с прекращением работы оборудования должен подаваться аварийный сигнал. Согласно технологической схеме (рисунок 7) составим функциональную схему кормоцеха – рисунок 8. Технологический процесс в кормоцехе имеет 3 локальных линии: I, III. В этих линиях содержатся накопительно-регулирующие емкости. Линии с позиций технологии не являются автономными, они работают в тесной взаимосвязи друг с другом. Все оборудование работает в дискретном режиме. Для управления оборудованием кормоцеха следует использовать дискретную систему с иерархической структурой – рисунок 9. Она содержит три уровня иерархии. Высший уровень – III, пульт управления оператора, на нем вырабатываются общие команды управления линиями кормоцеха. Затем следует II уровень – управление машинами в каждой из линий, на нем вырабатываются сигналы управления для каждой из линий в отдельности. Низший уровень – I, вырабатывает сигналы управления каждым исполнительным механизмом, здесь осуществляются защиты и блокировки, перевод из ручного режима в автоматический и т. д.

Рисунок 8 – Функциональная схема кормоцеха: I – линия зерна; II – линия добавок; Рисунок 8 – Функциональная схема кормоцеха: I – линия зерна; II – линия добавок; III – линия сбора и смешивания; 1 – транспортер Т 1; 2 – бункер Б 1; 3 – транспортер Т 2; 4 – бункер Б 2; 5 – транспортер Т 3; 6 – смеситель С 1.

Рисунок 9 – Структурная схема иерархической дискретной системы управления кормоцехом: 1, 2, 3 – Рисунок 9 – Структурная схема иерархической дискретной системы управления кормоцехом: 1, 2, 3 – уровни иерархии.

Конкретизация входных и выходных сигналов и команд управления для иерархических, одноуровневых централизованных и децентрализованных Конкретизация входных и выходных сигналов и команд управления для иерархических, одноуровневых централизованных и децентрализованных систем выполняется на этапе формализации словесных высказываний алгоритмов управления. Система дискретного управления оборудованием кормоцеха имеет трехуровневую иерархическую структуру (рисунок 9). Согласно описанию технологического процесса и структурной схеме в каждой из ячеек управления на 2 и 3 уровнях выполняются однотипные функции, отличие между ними заключается в количестве выходных сигналов. Поэтому достаточно рассмотреть формализацию словесных высказываний лишь для одной из ячеек управления, а для остальных ячеек алгоритм управления будет аналогичным. Рассмотрим ячейку управления на III уровне, т. е. – 3. Схема ячейки управления ЯУ, имеющей один входной сигнал Р три выходных сигнала – Y 1, Y 2, Y 3, приведена на рисунке 10 а. Согласно технологическим требованиям при наличии входного сигнала Р сигналы на выходе появляются последовательно Y 3→Y 2→Y 1 с выдержками времени между ними tвкл.

Рисунок 10 – Схема системы управления: а – ячейка управления; б – блок управления. Рисунок 10 – Схема системы управления: а – ячейка управления; б – блок управления.

При исчезновении входного сигнала Р на выходе сигналы исчезают последовательно Y 1→Y 2→Y 3 При исчезновении входного сигнала Р на выходе сигналы исчезают последовательно Y 1→Y 2→Y 3 с выдержками времени между ними tоткл. Согласно принципу суперпозиции эта ячейка ЯУ содержит три одинаковых блока БУ (рисунок 10 б), имеющих только один выходной сигнал – Yi и три входных сигнала – P, Yi-1, Yi+1. Поэтому достаточно формализацию словесных высказываний провести для одного блока БУ, а для остальных блоков только выполнить подстановку i=1, 2, 3. Первый этап. Для любого из БУ при выработке выходного сигнала Yi должны выполняться следующие требования: в исходном состоянии сигнал Р отсутствует, все машины Yi-1, Yi+1 отключены; при появлении сигнала Р машины включаются в работу последовательно, одна за другой, т. е. Yi+1→Yi→Yi-1 с выдержками времени между ними tвкл; при исчезновении сигнала Р машины отключаются в последовательности обратной их включению, одна за другой Yi-1→Yi→Yi+1 с выдержками времени между ними tоткл; другие ограничения на порядок и условия изменения сигналов отсутствуют; учет временных задержек, работу в режиме ручного управления и защиту от аварийных режимов выполняют согласно типовым

Второй этап. Вводим условные обозначения: 0 – отсутствие сигнала; 1 – наличие сигнала; Р Второй этап. Вводим условные обозначения: 0 – отсутствие сигнала; 1 – наличие сигнала; Р – сигнал управления, Р=1 – включение, Р=0 – отключение; Yi – сигнал управления «i» машиной, Yi=0 – отключено, Yi=1 – включено. Составляем логические высказывания: исходное состояние Р=0 И Yi-1=0 И Yi+1=0, то Yi=0; при Р=1 И Yi-1=0 И Yi+1=1, то Yi=1; при Р=1 И Yi -1=1 И Yi+1=1, то Yi=1; при Р=0 И Yi-1=0 И Yi+1=1, то Yi=0; при Р=0 И Yi-1=0 И Yi+1=0, то Yi=0. Третий этап. Составим диаграмму тактов – рисунок 11 и таблицу истинности – таблица 4. Согласно данным таблицы 4 логическая функция не определена на 2 и 6 тактах. По условиям работы комбинация входных сигналов Yi-1=1 И Yi+1=0 является не возможной. Примем значения выходного сигнала на 2 и 6 тактах, равным 0.

Рисунок 11 – Диаграмма тактов для БУ. Рисунок 11 – Диаграмма тактов для БУ.

Таблица 4 – Таблица истинности для БУ. № такта Р Yi-1 Yi+1 0, а Таблица 4 – Таблица истинности для БУ. № такта Р Yi-1 Yi+1 0, а 0 0 1, е 0 0 2 0 1 3, д 0 1 4, б 1 0 5, в 1 0 6 1 1 7 1 1 Четвертый этап. Запишем СДНФ этой логической функции: 0 1 0 1 Yi 0 0 — 1 0 1 — 1 Дальнейшие этапы синтеза полностью аналогичны примеру 1. Проведя минимизацию методом непосредственного упрощения получим (на наборах 2 и 6 функции присвоено значение 0):

Учет несуществующих комбинаций входных сигналов в этом алгоритме управления даст окончательный уравнения: Для моделирования Учет несуществующих комбинаций входных сигналов в этом алгоритме управления даст окончательный уравнения: Для моделирования алгоритма управления в программе LOGO! Soft Comfort составим схему одной ячейки управления. Выполним эмуляцию всех ее режимов работы, при необходимости внесем коррективы в функциональную блок-схему. На рисунке 12 приведена схема одной ячейки управления. Учет временных задержек выполнен – «задержка на включение» для сигнала Yi+1, «задержка на отключение» для сигнала Yi-1. элемент I 1 – имитирует сигнал Yi-1, I 3 – Yi+1, I 2 – это сигнал Р. Элемент В 001 – реализует «задержку на отключение» , элемент В 002 – реализует «задержку на включение» , элемент В 003 – реализует функцию И, элемент В 004 – реализует функцию ИЛИ, элемент Q 1 – это выходной сигнал Yi. Убедившись в работоспособности ячейки управления можно перейти к построению схемы управления кормоцехом. Она приведена на рисунке 13. В ней добавлены блоки М (флаг), позволяющие подключать несколько входов к одному выходу.

Рисунок 12 - Функциональная блок-схема ячейки управления. Рисунок 12 - Функциональная блок-схема ячейки управления.

Рисунок 13 – Схема управления кормоцехом. Рисунок 13 – Схема управления кормоцехом.