Синтез схем з технологічними затримками

Лабораторна робота № 3

 

Дослідження релейно-контактних схем автоматики

 

Тривалість лабораторної роботи – 4 год.

Тривалість домашньої роботи – 4 год.

 

Мета роботи – практично перевірити різні методи синтезу однотактних та багатоактних схем, засвоїти вивчені методи синтезу дискретних схем автоматики шляхом дослідження їх релейно-контактних варіантів.

 

Основні теоретичні відомості

Основні методи синтезу релейно-контактних схем описано в основних теоретичних відомостях до лабораторної роботи №1-2 “Логічний синтез та дослідження схем автоматики на дискретних логічних елементах”.

 

Синтез схем з технологічними затримками

У деяких системах промислової автоматики потрібно забезпечувати певну затримку часу між операціями, що виконуються робочою машиною. У схемах таких систем застосовуються елементи часу, які затримують сигнали еле­мен­тів, що реалізують проміжні функції.

З’ясуємо особливості синтезу схем із спеціальними технологічними зат­римками. На першому етапі синтезу – формулюванні умов роботи необхідно зазначити, які операції супроводжуються затримками і вказати величини затримок. Ці затримки потрібно записати в таблицю переходів.

Основна особливість процесу синтезу з урахуванням технологічних зат­римок виявляється під час вибору кількості проміжних змінних і роз­міщення їх станів. Кожному переходу схеми з одного стану в інший з незалежною затримкою має відповідати змінювання значення однієї проміж­ної змінної з 1 на 0 або з 0 на 1. Отже, якщо затримки часу в разі змінювання аргументу в обох напрямках можна встановлювати незалежно, то за допомогою n про­міжних змін­них можна забезпечити незалежних затримок. Якщо зат­ри­мка забезпечу­ється змінюванням аргументу тільки в одному напрямку, то кількість незалежних затримок не може перевищувати n.

Отже, потрібну кількість проміжних змінних визначають умовою:

у першому випадку

(3.1)

у другому:

(3.2)

де t – кількість незалежних затримок часу.

Більшість реальних елементів часу, що застосовуються в схемах про­мислової автоматики, забезпечують регульовану затримку часу тільки в разі змінювання сигналу на їх вході з 0 на 1. Сигнал на виході елемента часу зникає одночасно зі зникненням сигналу на його вході. Такі ж самі функції виконують програмно реалізовані таймери логічних програмованих контро­лерів. Тому кількість проміжних змінних будемо визначати за формулою (3.2).

Друга особливість синтезу схем із затримками – у таблиці переходів з’являються рядки, що не мають стійких станів. Схема перебуває в таких нестійких станах протягом технологічної затримки.

Розглянемо приклади синтезу схем з технологічними затримками. Човниковий транспортер – це вантажна платформа 1, що переміщується за допомогою тягового троса між одним пунктом завантажен­ня A і двома пунктами розвантаження B, C (рис. 3.1). Під час прибуття в ці пункти вантажна платформа замикає кінцеві вимикачі 2, 3, 4 (сигнали а, b, с).

Рисунок 3.1 – Човниковий транспортер

Необхідно виконати синтез схеми керування, що забезпечує такий цикл переміщен­ня платформи: стояння в пункті завантаження A протягом часу t ₁, переміщен­ня у перший пункт розвантаження B, стояння в пункті B протягом часу t ₂, переміщення в другий пункт розвантаження C, стояння в пункті C протягом часу t ₃, переміщення в пункт завантаження A без проміжної зупинки в пункті B. Після цього цикл роботи повторюється.

Як виконавчі елементи вибираємо магнітні пускачі двигунів човникового транспортера «праворуч» і «ліворуч». Відповідні вихідні сигнали позначимо через Х і Y (Х = 1 і Y = 1, коли пускачі ввімкнуто).

Виходячи з умов роботи схеми, робимо висновок, що вона може пере­бувати у таких станах: 1 – стояння в пункті завантаження A; 2 – рух від пункту A до пункту B; 3 – стояння в пункти B; 4 – рух від пункту B до пункту C; 5 – стояння в пункті C; 6 – рух від пункту C до пункту A.

Первинну таблицю переходів показано на рис. 3.2, а. Усі комбінації, в яких більш ніж одна вхідна змінна має значення 1, неможливі через те, що кінцеві вимикачі замикаються вантажною платформою почергово. У від­по­відних стовпцях таблиці ставимо риски.

Стани 1, 3, 5 не можуть бути стійкими, оскільки без змінювання будь-яких зовнішніх сигналів вони переходять у стани 2, 4 і 6 із затримками часу ₁, ₂, ₃ відповідно. Перехід до стану 2 відбувається, якщо а = 1, b = 0, с = 0. Стійкий стан 2 зберігається, якщо а = 0, b = 0, с = 0, коли транспортер починає рухатися і сигнал кінцевого вимикача стає рівним нулю. Перехід від стану 2 до стану 3 відбувається, якщо а = 0, b = 1, с = 0. Проте в третьому рядку записується не стійкий стан <3>, а нестійкий стан 4 через те, що за цього набору вхідних сигналів після закінчення затримки часу t ₂ без будь-якої зміни зовнішніх сигналів схема переходить у стійкий стан <4>, записаний у четвертому рядку. Цей стан зберігається, якщо а = 0, b = 0, с = 0, і переходить у стан 5 у разі досягнення платформою пункту розвантаження C (сигнал с = 1). Нестійкий стан 5 через час t ₃ переходить у стійкий стан (повернення платформи в пункт A), який зберігається, якщо а = 0, b = 0, с = 0 і а = 0, b = 1, с = 0. Якщо а = 1, b = 0, с = 0, цей стан переходить в стан 1 і цикл роботи повторюється.

Номер вихідного стану	Затримки	Наступні стани	Вихідні змінні
		-		-	-	-	-	-	-
	-	<2>	<2>	-		-	-	-	-
		-	-	-		-	-	-	-
	-	<4>	-	-	<4>	-	-	-
		-	-	-	-	-	-	-
	-	<6>		-	<6>	-	-	-	<6>

а

Номер вихідного стану	Наступні стани
1, 3, 5	-		-		-	-	-
	<2>	<2>	-		-	-	-	-
	<4>	-	-	<4>	-	-	-
	<6>		-	<6>	-	-	-	<6>

б

1, 3, 5

в г

Рисунок 3.2 – Синтез схеми керування човниковим транспортером: а – первинна таблиця переходів; б – стиснена таблиця переходів; в – карта відповідності та таблиця відповідності

Кількість рядків первинної таблиці переходів (рис. 3.2, а) можна зменшити, об’єднавши перший, третій і п’ятий рядки. Стиснену таблицю переходів показано на рис. 3.2, б.

Розглянемо питання про вибір кількості і розміщення станів проміжних змінних. Будемо вважати, що елемент часу зумовлює затримку тільки в разі змінювання вхідного сигналу від 0 до 1. Тому згідно з виразом (3.2) кількість проміжних змінних n = 3 (Р ₁, Р ₂, Р ₃).

Карту відповідності показано на рис. 3.2, в. Стрілками позначено напрямки змінювання проміжних змінних, що супроводжуються затримками t ₁, t ₂, t ₃.

Таблицю відповідності, складену за картою відповідності, показано на рис. 3.2, г. У ній, крім проміжних змінних, указано також значення вихід­них змінних Х і Y.

За картами визначено такі алгебричні вирази

; (3.3)

; (3.4)

; (3.5)

; (3.6)

. (3.7)

Вирази (3.3), (3.4), (3.5) заздалегідь перетворено до вигляду

Крім того, враховано, що таймери затримують сигнали проміжних змінних , а сигнали – це вихідні сигнали таймерів.

У розглянутому прикладі вдалось обійтись мінімально необхідною кількістю проміжних змінних, що дорівнює кількості затримок часу. В таблиці переходів з’явилися додаткові рядки, що відповідають нестійким станам, зумовленим затримками. Крім того, вихідні змінні було визначено як комбінаційні функції проміжних змінних. Це можливо тільки в тому разі, коли під час синтезу первинна таблиця переходів не стискалася або під час стиснення об’єднувалися рядки з однаковими значеннями вихідних змінних.