Методичні вказівки до виконання роботи

Тахограмою (діаграмою швидкості) називається залежність швидкості робочого органу від часу (залежність кутової швидкості робочого органу від часу).

Розглянемо приклад розрахунку тахограми роботи двигуна. Нехай задана тахограма має вигляд, зображений на рисунку 8.14.

Рисунок 8.14 – Тахограма швидкості асинхронного двигуна деякого технологічного процесу

Відповідно до рис. 8.14 двигун розганяється з заданим прискоренням , працює зі швидкістю протягом часу , розганяється з тим самим прискоренням до швидкості , працює протягом часу , знову розганяється з прискоренням до граничної швидкості , працює на ній час , сповільнюється до швидкості з прискоренням . Далі працює протягом часу , сповільнюється з прискоренням , працює протягом часу зі швидкістю , потім з прискоренням швидкість знижується до нуля і двигун зупиняється.

Вихідні дані для розрахунку:

1) Час роботи двигуна на першій ділянці руху ;

2) Час роботи двигуна на другій ділянці руху ;

3) Час роботи двигуна на третій ділянці руху ;

4) Час роботи двигуна на четвертій ділянці руху ;

5) Час роботи двигуна на п’ятій ділянці руху ;

6) Кутова швидкість обертання на першій ділянці ω₁ = 105 рад/с;

7) Кутова швидкість обертання на другій ділянці ω₂ = 155 рад/с;

8) Кутова швидкість обертання на третій ділянці ω₃ = 295 рад/с;

9) Кутова швидкість обертання на четвертій ділянці ω₄ = 195 рад/с;

10) Кутова швидкість обертання на четвертій ділянці ω₄ = 45 рад/с.

Для розрахунку тахограми необхідно знати час на ділянках розгону та сповільнення заданої тахограми. Він обчислюється на основі прискорення та сповільнення двигуна на кожній з ділянок розгону (сповільнення) та швидкості кожної з них.

Прискоренням називається зміна швидкості тіла за одиницю часу. Математично прискорення описується як похідна від швидкості за часом. Запишемо вираз для обчислення прискорення, враховуючи зміну швидкості за певний проміжок часу.

,

де – зміна швидкості двигуна, – одиниця часу, за яку змінюється швидкість.

Звідси маємо, що

,

Отже, час роботи двигуна на першій ділянці руху – , а час розгону двигуна з заданим прискоренням від 0 до швидкості позначимо і знайдемо

його з виразу :

.

Аналогічним чином необхідно розрахувати час для наступних ділянках руху розгону та гальмування двигуна.

Отже, використовуючи значення вихідних даних заданих швидкостей, а також значення часу, призначеного для розгону, сповільнення та руху на кожній з ділянок заданої тахограми, розраховуємо час роботи двигуна, та будуємо тахограму роботи двигуна для заданого технологічного процесу.

Час роботи двигуна розраховується як сума часу роботи двигуна на кожній з п’яти ділянок руху, а також час трьох ділянок розгону та трьох ділянок сповільнення.

= 17.5 + 15 + 8.33 + 20 + 23.33 + 95 + 20 + 16 + 30 + 10 + 9 = 264.16 с.

Розрахована тахограма роботи двигуна для заданого технологічного процесу має вигляд представлений на рис. 4.2.

Рисунок 8.15 – Тахограма руху асинхронного двигуна заданого технологічного процесу

Логічний синтез схеми керування двигуном. Розроблення схем промислової автоматики починається з визначення алгебричних виразів (логічних формул), що описують роботу схеми. Процес визначення логічних формул в інженерній практиці називають логічним синтезом. Це найвідповідальніший етап розроблення схем автоматики.

В результаті логічного синтезу за формулюванням умов роботи схеми мають бути визначені логічні формули, що описують її роботу, яка задовольняє усі задані умови автоматизації, особливості технологічного процесу та керованого об’єкту.

Переважна більшість промислових схем автоматики – це багатотактні схеми, стан виходів яких залежить не тільки від комбінації вхідних сигналів у будь – який момент часу, але й від послідовності їх надходження або від внутрішнього попереднього стану схем. З цією метою у даній розрахунковій роботі для логічного синтезу вибраний метод синтезу схем на основі тригерів.

Тригер – це логічна схема зі зворотними зв’язками, яка має релейну характеристику керування і може перебувати в одному з двох усталених станів, забезпечуваних цими зв’язками. Тригер характеризується властивістю зберігати інформацію, тому використовуючи вихідні сигнали тригерів як проміжні змінні, можна будувати багатотактні схеми.

Послідовність виконання синтезу.

1) За даними умовами роботи схеми будуємо граф переходів.

Цей метод описаний в третьому розділі дипломного проекту «Методи синтезу логічних схем автоматики».

Згідно даних правил, виконуємо логічний синтез методом синтезу схем на тригерах. Для відпрацювання двигуном заданої тахограми роботи на рисунку 4 побудований граф переходів, відповідно до заданих умов роботи.

Приймемо такі позначення вхідних і вихідних сигналів, а також сигналів таймерів, які необхідно розглядати як вхідні сигнали для графа переходів.

Вхідні сигнали: а – команда "Пуск"; Т1 – Т11 – сигнали таймерів, що дають затримки .

Вихідні сигнали: f₁ – команда “дозволу роботи ”, f₂ – команда на розгін, f₃ – команда на сповільнення.

Граф переходів заданого технологічного процесу, зображений за рис. 4.3.

Рисунок 8.16 – Граф переходів заданого технологічного процесу

2) Записуємо умови вмикання і скидання кожного тригера

Синтез схеми полягає у записі умов вмикання і скидання кожного тригера. Ця процедура також описана в третьому розділі дипломного проекту «Методи синтезу логічних схем автоматики».

Запишемо умови вмикання і скидання для першого тригера

; .

Умови вмикання і скидання для другого тригера

; .

Умови вмикання і скидання для третього тригера

. .

Умови вмикання і скидання для четвертого тригера

. .

3) Записуємо вирази для вихідних сигналів схеми. Формули для вихідних

сигналів f_1, f₂i f₃ записуються як комбінаційні функції вихідних сигналів тригерів p₁, p_{2 ,} p₃ та p₄

.

4) В схемі присутні технологічні затримки, тому складаємо вирази вхідних сигналів таймерів як комбінаційні функції вихідних сигналів тригерів.

Запишемо рівняння для таймерів:

; ; ; ; ; ; ; ; ; ; .

5)За отриманими логічними формулами складають схему або програму для програмованого логічного контролера.

Приклади синтезу схем автоматики та складання програм Приклад 1. Умови роботи схеми наступні. При натисненні кнопки «Пуск» активується дозвіл роботи ПЧ, при відпусканні кнопки двигун збільшує швидкість до частоти 25 Гц протягом 2.5 секунд, працює на усталеній швидкості 3.5 секунди, знову розганяється до частоти 50 Гц протягом 2.5 секунд, працює на ній 5 секунд і аналогічно сповільнюється спочатку до 25 Гц і потім зупиняється. Схема повинна передбачати аварійну зупинку у будь-якому стані.

Рисунок 8.17 - Траєкторія руху

Реалізуємо дану трапецію методом синтезу на тригерах. Умови роботи схеми подаються у вигляді графічного зображення послідовності роботи багатотактної схеми – графу переходів. Для того, щоб запустити схему необхідно натиснути кнопку а, а потім її відпустити. За умовами роботи також має спрацьовувати аварійна зупинка при натисненні кнопки с у будь-якому стані. Тому для реалізації умов роботи схеми вибраний оптимальний маршрут переходів між вершинами, граф переходу якого показаний на рис. 8.18. Для переходу між вільними вершинами використовуються одиничні переходи.

Рисунок 8.18 - Граф переходів

Синтез схеми полягає у записі умов вмикання і скидання кожного тригера. Умови вмикання тригера записуються у вигляді добутку сигналу на ребрі, що заходить в область, і сигналів решти тригерів, стан яких не змінюється при переході, позначеному ребром. Умова скидання тригера записується аналогічно для кожного ребра, що виходить з даної області. На основі цих правил записуємо умови вмикання і скидання для всіх чотирьох тригерів:

;

; ;

;

;

Запишемо рівняння для таймерів: ; ; ; ; ; ; .

Формули для вихідних сигналів f_1, f₂i f₃ записуються як комбінаційні функції вихідних сигналів тригерів Р₁, Р_{2 ,}Р₃ та Р₄:

Програма на мові IL буде мати наступний вигляд.

<<circuit 1>> LD TD2 ANI M2 ANI M3 AND M4 LD TD6 AND M2 AND M3 AND M4 ORB LD C ANI M1 ANI M2 ANI M3 ORB LD C ANI M2 AND M3 AND M4 ORB LD M2 ANI M3 ANI M4 ORB SET M1 << circuit 2>> LD TD4 AND M2 ANI M3 AND M4 LDI M2 ANI M3 ANI M4 ORB RES M1 << circuit 3>> LD TD3 AND M1 ANI M3 AND M4 SET M2

<< circuit 4>> LD M1 ANI M3 ANI M4 LD C AND M1 AND M3 AND M4 ORB RES M2 << circuit 5>> LD A ANI M1 ANI M2 ANI M4 LD TD5 ANI M1 AND M2 AND M4 ORB SET M3 << circuit 6>> LD TD1 ANI M1 ANI M2 AND M4 LD M1 AND M2 ANI M4 ORB LD C ANI M1 ANI M2 ANI M4 ORB LD M1 ANI M2 ANI M4 ORB LDI M1 AND M2 ANI M4 ORB RES M3

<< circuit 7>> LDI A ANI M1 ANI M2 AND M3 SET M4 << circuit 8>> LD TD7 AND M1 AND M2 AND M3 LD M1 ANI M2 AND M3 ORB LD C ANI M1 ANI M2 ANI M3 ORB LD C AND M1 ANI M2 ANI M3 ORB LD C AND M1 AND M2 ANI M3 ORB LD C ANI M1 AND M2 ANI M3 ORB LD C ANI M1 AND M2 AND M3 ORB RES M4

<< circuit 9>> LDI M1 ANI M2 AND M3 AND M4 LD M1 ANI M2 ANI M3 AND M4 ORB OUT Y102 << circuit 10>> LDI M1 AND M2 ANI M3 AND M4 LD M1 AND M2 AND M3 AND M4 ORB OUT Y103 << circuit 11>> LDI M1 ANI M2 AND M3 LD M2 AND M4 ORB LDI M3 AND M4 ORB OUT Y101 << circuit 12>> LDI M1 ANI M2 AND M3 AND M4 OUT TD1 .1s 25

<< circuit 13>> LDI M1 ANI M2 ANI M3 AND M4 OUT TD2 .1s 35 << circuit 14>> LD M1 ANI M2 ANI M3 AND M4 OUT TD3 .1s 25 << circuit 15>> LD M1 AND M2 ANI M3 AND M4 OUT TD4 .1s 50 << circuit 16>> LDI M1 AND M2 ANI M3 AND M4 OUT TD5 .1s 25 << circuit 17>> LDI M1 AND M2 AND M3 AND M4 OUT TD6 .1s 35 << circuit 18>> LD M1 AND M2 AND M3 AND M4 OUT TD7 .1s 25

Застосовані наступні адреси операндів: вхідні сигнали (Пуск); (Аварійна зупинка); вихідні сигнали (Дозвіл роботи); (Команда на розгін); (Команда на сповільнення); таймери TD1; TD2; TD3; TD4; TD5; TD6; TD7; проміжні змінні M1; M2; M3; M4.

Після відлагодження та програмування контролера отримано готову систему відпрацювання заданої траєкторії. Підключивши СТЕП-2 до клем тахогенератора, отримано реальну тахограму руху, яка зображена на рис. 8.19.

Рисунок 8.19 – Отримана реальна тахограма руху

Із отриманої тахограми руху видно, що система відпрацьовує задану траєкторію так, як поставлено в умові, значить синтез схеми автоматики на основі тригерів дозволяє отримати потрібні результати.

Приклад 2. Умови роботи схеми наступні. При натисненні кнопки «Пуск» активується дозвіл роботи ПЧ, при відпусканні кнопки двигун збільшує швидкість до частоти 25 Гц протягом 1.5 секунд, працює на усталеній швидкості 3 секунди, знову розганяється до частоти 50 Гц протягом 1.5 секунд, працює на ній 3 секунд, далі виконується реверс двигуна і після усталення аналогічно сповільнюється спочатку до 25Гц і потім зупиняється. Дана схема не передбачає аварійної зупинки. Задана тахограма зображена на рис. 8.20.

Рисунок 8.20 – Задана траєкторія руху з реверсом двигуна

Розгін до частоти 50 Гц відбувається так, як описано в попередньому прикладі, а реверс відбувається шляхом подавання сигналу дозволу роботи із реверсом та наростання швидкості від контролера на перетворювач частоти, причому сигнал на дозвіл роботи має бути знятим. За завданням максимальна частота становить 50 Гц, тобто швидкість не буде наростати більше, якщо існує сигнал на збільшення швидкості. Тому для спрощення схеми (але тільки за умови, що час розгону та час сповільнення однакові) використаний один стан для ділянок 4-5-6-7 та таймер, який охоплює час роботи цих ділянок. Для реалізації умов роботи схеми вибраний оптимальний маршрут переходів між вершинами, граф переходу якого показаний на рис. 8.21. Для переходу між вільними вершинами використовуються одиничні переходи.

Рисунок 8.21 – Граф переходів для схеми із реверсом

Записуються умови вмикання і скидання для всіх чотирьох тригерів:

;

; ;

;

;

Запишемо рівняння для таймерів: ; ; ; ; ; ; ; .

Формули для вихідних сигналів f_1, f_2, f₃i f₄ записуються як комбінаційні функції вихідних сигналів тригерів Р₁, Р_{2 ,}Р₃ та Р₄:

Програму представлено у вигляді релейно-контактної схеми на мові LD в середовищі CoDeSys. Програма буде мати наступний вигляд.

Рисунок 8.22 - релейно-контактна схема на мові LD в середовищі CoDeSys

Застосовані наступні адреси операндів: вхідні сигнали (Пуск); вихідні сигнали (Дозвіл роботи); (Дозвіл роботи із реверсом); (Команда на розгін); (Команда на сповільнення); таймери TD1; TD2; TD3; TD4; TD5; TD6; TD7, TD8; проміжні змінні M1; M2; M3; M4.

Після відлагодження та програмування контролера отримано готову систему відпрацювання заданої траєкторії. Підключивши СТЕП-2 до клем тахогенератора, отримано реальну тахограму руху, яка зображена на рис. 4.10.

Рисунок 8.23 – Отримана реальна тахограма руху із реверсом двигуна

Зміст звіту

1. Титульний аркуш.

2. Мета роботи, програма роботи.

3. Опис стенда та його схема.

4. Умова роботи схем згідно варіанту.

5. Логічний синтез схеми керування.

6. Адресування входів, виходів, таймерів, комірок пам’яті.

7. Програма на мові LD у середовищі CoDeSys.

8. Тахограми, що підтверджують відпрацювання заданих траекторій.

9. Висновок про відповідність роботи заданим умовам.

Заходи безпеки під час виконання лабораторних робіт в лабораторії «Автоматизації технологічних процесів, установок і комплексів»

Перед початком лабораторних робіт проводиться інструктаж з правил безпеки згідно з інструкцією з охорони праці, затвердженою розпорядженням декана ФЕА. Після вивчення і перевірки знань цієї інструкції прізвище кожного студента заноситься до контрольного листа, де він ставить свій особистий підпис.

Під час виконання лабораторної роботи студентам забороняється:

- заходити за огородження робочих місць, торкатися неізольованих струмопровідних частин обладнання, а також конструкцій обладнання, які обертаються;

- збирати схеми або робити перемикання в них, усувати недоліки без відключення установки;

- підніматися на фундаменти машин;

- стояти поряд з незахищеними кожухами, муфтами, дисками та частинами машин, що обертаються;

- підключати та знімати з’єднувальні провідники під напругою;

- розбирати схеми не викручуючи клеми, виривати з’єднувальні провідники із клем;

- приєднувати провідники до приладів, машин та апаратів без напаяних наконечників;

- користуватися реостатами з поганими контактами;

- робити переключення на головних (розподільних) щитах;

- вмикати вимикачі для включення напруги до перевірки викладачем правильності з’єднань у схемі;

- виконувати лабораторну роботу одному.

Студенти забов’язані:

- перед включенням схеми перевірити, в якому положенні знаходиться решта членів бригади (чи торкається хто-небудь до струмопровідних частин або до частин машин, які можуть обертатися) та попередити голосом: «Обережно, вмикаю!»;

- не залишати лабораторну установку без нагляду, постійно спостерігати за її справною роботою.

Після закінчення роботи необхідно відключити лабораторну установку, розібрати схему, акуратно скласти провідники, навести порядок на робочому місці, повідомити викладача про всі неполадки (якщо вони є), виявлені під час роботи.

Список рекомендованої літератури

1. Грейнер Г.Р. Проектирование бесконтактных управляющих устройств промышленной автоматики/ Г.Р. Грейнер, В.П. Ильяшенко, В.П. Май и др. – М.: Энергия, 1977. – 384 с.

2. Жуйков В.Я. Цифрова схемотехніка: підручик/ В.Я. Жуйков, В.І. Бойко, А.А. Зорі – У 2 т. – К.: Аверс, 2002, - 406 с. ISBN 966-95297-9-4.

3. Ковальчук О.В. Логічний синтез дискретних схем автоматики: навч. посіб. – К.: НТУУ «КПІ», 2008. – 168 с. ISBN 978-966-622-294-0.

4. Попович Н.Г. Автоматизация производственных процессов и установок: уч. пособие/ Н.Г. Попович, А.В. Ковальчук, Е.П. Красовский – К.: Вища шк. 1986. – 311 с.

5. Хоуп Г. Проектирование цифровых вычислительных устройств на интегральных схемах. – М.: Мир, 1984. – 400 с.