Формализация дискретных последовательностей операций объектов программно - логического управления

В начале третьей темы согласно двум задачам управления все объекты и соответственно все системы управления разделены на две части. Первые, где основной задачей управления является управление состоянием объекта, мы рассмотрели. Теперь рассмотрим те объекты и системы, где задачей управления является управление сменой состояний, в отличие от первых – это дискретные объекты. Основные причины смены состояний объекта – это действие человека-оператора на органы управления, команды дискретных технологических датчиков типа пуск - стоп, завершение одной операции – переход к другой, отказ элемента схемы, аварийная ситуация и т.п., а также команды датчиков отсчета времени, сигналы других систем управления.

В зависимости от решаемой задачи в таком объекте любому заданному набору входных сигналов должен соответствовать вполне определенный набор выходных сигналов (параметров). Только зная, как и при каких условиях формируется необходимая последовательность состояний объекта управления, можно сформулировать задание на синтез управляющего устройства, которое в этом случае называется дискретным автоматом.

Хотя общая функциональная структура АСУ ТП остается такой, как представлена на схеме из первой темы. Методы построения моделей дискретных технологических объектов принципиально отличны от рассмотренных ранее. Как уже отмечалось, эти модели представляются в виде таблиц, циклограмм, диаграмм и схем состояний, графов, логических формул и, в конечном счете, представляют собой повторяющиеся циклы. Для удобства деления цикла на отдельные состояния введено понятие технологического такта, т.е. конечного интервала времени, когда объект, система работают с неизменной комбинацией включенных – отключенных командных, оповестительных и исполнительных элементов. Пронумерованная последовательность тактов образует автоматное время.

Модели дискретных объектов бывают двух типов: комбинационные и последовательностные. Если значения выходных сигналов объектов полностью определяются текущими значениями входных сигналов то, такие объекты, системы называются комбинационными. Если выходные сигналы объекта зависят не только от текущих значений входных величин (сигналов), но и от их предыдущих значений, т.е. от состояния системы в предшествующий момент времени, то такие объекты (системы) называется последовательностными. Т.е. последовательностная модель кроме комбинационной схемы имеет элементы памяти для запоминания предыдущих значений состояния объекта. Соответственно этому комбинационные автоматы называют еще автоматами с нулевой памятью, а последовательностные – с ненулевой памятью. Обобщенная структура дискретного автомата приведена на рис. 3.3. Из приведенного рисунка следует, что последовательностный автомат отличается от комбинационного наличием обратных связей, по которым на выходы автомата подаются сигналы, соответствующие состоянию выходов в предыдущем такте.

По характеру реакции на входное воздействие различают асинхронные и синхронные автоматы. У асинхронного автомата изменение состояний выходов происходит сразу после изменения состояний входов, т.е. технологический такт и его длительность формируется внешней средой. Каждый новый такт приводит объект к новому состоянию. У синхронного автомата каждый новый такт формируется синхронизирующим сигналом от специального генератора. Т.е. при неизменных состояниях входов новый такт не приводит к изменению состояния объекта, а изменение входных сигналов не вызывает изменения выходных до появления синхронизирующего сигнала.

х₁

у₁

х_п

у_т

Рис. 3.3. Структура дискретного автомата

Из приведенного выше следует, что если рассматривать источник синхронизирующего сигнала как составную часть внешней среды, то синхронный автомат можно рассматривать как асинхронный, но обратное невозможно. И еще есть такое определение: если такт для внешней среды формирует сам автомат, а такт для автомата – внешняя среда, то автомат называется согласованным.

Для построения комбинационных схем устройств управления дискретными объектами необходимо определить логические уравнения, связывающие входные и выходные дискретные параметры этого объекта. Математический аппарат логических функций, называемый алгеброй логики, будет рассмотрен в следующей теме при изучении алгоритмов управления. А пока разберем лишь основные понятия.

В алгебре логики (алгебре высказываний) под высказыванием понимается такое предположение, относительно которого можно сказать лишь, истинно оно или ложно. При этом принято отождествлять истинность высказывания с символом "1", а ложность с символом "0". Здесь 1 и 0 используются не как числа, а как символы. Поэтому алгебра логики является не алгеброй чисел, а алгеброй состояний.

Для определения составного (сложного) высказывания необходимо знать, какие из его составляющих компонентов истинны, а какие ложны и знать основные правила действия с логическими величинами.

В алгебре логики сложное высказывание отождествляется с понятием функции, а простое с понятием аргумента. Аргумент – это значение входной величины. Функцией определяется значение выходной величины в зависимости от набора входных величин. Независимо от этого и аргумент, и функция в конечном итоге могут принимать только два значения "1" или "0".

Задача идентификации заключается в получении минимальной формы логической функции, реализующей алгоритм работы данного дискретного объекта.

Основные этапы формализации технологического цикла:

1. Составление содержательного описания, в котором в произвольной форме описывается технологический цикл при нормальном его ходе и аварийных ситуациях.

2. Разбиение цикла на такты, характеризуемые неизменным состоянием исполнительных элементов и контролируемых параметров.

3. Анализ переходов от одного такта к другому при нормальных и аварийных ситуациях, установление причинно-следственных связей между входами и выходами объекта управления, обусловленных требованиями технологии.

4. Составление формализованного представления алгоритма функционирования в виде циклограмм, таблиц, граф-схем, логических формул.

Поиск по сайту: