Чикуров И.Г. Алгоритмическое и программное обеспечение компьютерных систем управления. Практикум
Подождите немного. Документ загружается.
60
Правила записи таблицы включений:
1) в первом столбце отмечают изменения состояний входных,
а в правом столбце – выходных переменных;
2) для выходных переменных (правый столбец) записывают
только изменения состояний с 0 на 1 (обратные изменения этих
переменных с 1 на 0 не надо записывать);
3) начинают запись алгоритма, отмечая изменение выходной
переменной в первом такте (в нашем примере F
X
= 1). При этом
вначале строка состояния входной переменной в первом такте
остается пустой. В эту строку записывают последнее изменение
одной из входных переменных в конце цикла.
В соответствии с полученной таблицей включений построим
начальную циклограмму работы устройства. Строить её
рекомендуется в два приема.
Первый прием состоит в том, что чертят стандартную сетку
циклограммы (рис. 6.3), на которой буквами а
1
, а
2
, b
1
и b
2
обозначены входные переменные, а рядом указаны «веса» этих
переменных. В верхней строке циклограммы записаны порядковые
номера тактов.
Затем переносят информацию, содержащуюся в таблице
включений, на циклограмму. Для этого в верхней части циклограммы
такты, в которых входные переменные изменяют свое состояние,
отмечают короткими, равными длительности одного такта,
горизонтальными линиями, причем момент изменения переменной с
0 на 1 указывают поперечным штрихом на левом, а с 1 на 0 - на
правом конце линии.
61
Рис. 6.3. Начальная циклограмма (первый прием)
Соединив между собой концы линий, на которых нет штрихов,
получим циклограмму состояний входных переменных. Это уже
второй прием (рис. 6.4).
В строке S надо подсчитать суммарные веса входных
переменных, которые определяют состояния дискретного автомата.
В нижней части циклограммы показаны состояния выходных
логических функций
Y
Y
X
X
F,F,F,F , причем жирной линией отмечены
обязательные состояния логических функций, пунктирной –
безразличные, а состояния, где нет линии - запрещенные.
Эту часть циклограммы также строят в два приема. Вначале
(рис. 6.3) надо скопировать из таблицы включений изменения
выходных функций аналогично тому, как мы это делали для входных
переменных. Затем (рис. 6.4) отобразим включенные состояния
выходных логических функций, учитывая, что функции
X
F и
X
F , а
также
Y
F и
Y
F взаимно исключающие, т.е. они не могут находиться
в состоянии 1 одновременно.
Часть линии, изображенная пунктиром, показывает
безразличные состояния функции.
62
Рис. 6.4. Начальная циклограмма (второй прием)
Это значит, что если элемент памяти на входе дискретного
автомата включился в некотором такте с обязательным состоянием,
то сигналы на включение этого элемента памяти в последующих
тактах лишь подтверждают его включенное состояние, т.е. являются
безразличными.
Использование безразличных состояний на этапе минимизации
существенно упрощает логические функции. Важная особенность
циклограмм, построенных по рассмотренному принципу, состоит в
том, что в каждом такте изменяет значение одна и только одна
входная переменная (верхняя часть циклограммы). На выходные
переменные (нижняя часть циклограммы) это ограничение не
распространяется, т.е. в одном такте допускается изменение
нескольких выходных переменных.
Если в циклограмме имеются два одинаковых состояния,
различающихся значениями выходных переменных, то это значит,
что такая циклограмма не может быть реализована. В
рассматриваемом примере в строке S повторяются состояния 4, 6 и
2, 8, и 3, 7 при различных значениях выходных логических функций,
т.е. одним и тем же входным сигналам отвечают разные действия.
63
Следовательно, в дискретный автомат необходимо ввести
внутренний элемент памяти, состояние которого во 2-м, 3-м и 4-м
тактах отличалось бы от состояния в 6-м, 7-м и 8-м тактах.
Обозначим внутренний элемент памяти буквой М (от английского
Memory).
Назначим после 1-го такта включение, а после 5-го выключение
элемента памяти М. На включение и на выключение элемента памяти
выделим два дополнительных такта, которым присвоим номера,
соответственно 1* и 5*, отмеченные знаком «звездочка» (рис. 6.5).
Рис. 6.5.Реализуемая циклограмма
Теперь задача стала осуществимой, поскольку для разных
действий нет повторяющихся признаков.
Циклограмма с введёнными внутренними элементами памяти
называется реализуемой. Реализуемая циклограмма отличается от
64
начальной тем, что превышает её длину на количество тактов,
отведённых на включение и на выключение внутренних элементов
памяти. В верхней части реализуемая циклограмма содержит
дополнительные строки для переменных, поступающих с выходов, а
в нижней – подаваемых на входы внутренних элементов памяти.
При построении реализуемой циклограммы необходимо
учитывать, что переменные, которые включают внутренние элементы
памяти, изменяются так же, как и переменные, поступающие с
выходов этих элементов, но со смещением по фазе на один такт
влево. Например, в нашем устройстве сигнал m с выхода
внутреннего элемента памяти принимает единичное значение в такте
1*, а сигнал
m
F на включение этого элемента – в такте 1. Далее
сигнал m принимает нулевое значение в такте 5*, а сигнал
m
F – в
такте 5. Подробная методика составления реализуемой циклограммы
рассмотрена в учебном пособии.
Чтобы минимизировать функции
m
Y
Y
X
X
FFFFF ,,,, ,
m
F ,
воспользуемся картами Карно для пяти переменных. По реализуемой
циклограмме устанавливаем, что обязательным состоянием функции
X
F является эквивалентное десятичное число 21, запрещенные
состояния – числа 5, 6, 4, а остальные состояния – безразличные.
Запишем отмеченные состояния, отметим по периметру карты
Карно значения суммарных «весов» входных переменных и
выполним минимизацию функции
X
F (рис. 6.6).
Рис.6.6. Минимизация логической функции
x
F
65
Аналогично минимизируем функцию
X
F (рис. 6.7).
Рис. 6.7. Минимизация логической функции
X
F
Минимизируя остальные функции, получаем:
maF
y 2
=
,
mF
y
=
,
1
aF
m
=
,
2
bF
m
=
.
Теперь перейдём к построению функциональной схемы
дискретного автомата. Она состоит из четырёх путевых
переключателей, с которых поступают входные переменные а
1,
а
2
,
b
1
, b
2
, выходных запоминающих элементов х, у, внутреннего
запоминающего элемента М и двух логических элементов И
(рис.6.8).
Задание на практическое занятие
Изучить кинематическую схему агрегатного станка (рис.6.9) и
разработать дискретную систему управления электроавтоматикой
этого станка с помощью программируемого логического контроллера
(ПЛК). Для разработки системы управления станком использовать
инструментальную систему программирования ISaGRAF.
На практическом занятии надо построить начальную и
реализуемую циклограммы, синтезировать логические функции и
минимизировать их методом карт Карно. Систему управления
станком следует разбить на две подсистемы: подсистему управления
агрегатной головкой и подсистему управления поворотным столом.
66
Рис. 6.8. Функциональная схема дискретного автомата
67
1
E
2
E
A
B
C
()
E
()
E
U
3
Ц
u
1
Ц
X
Др
x
y
v
V
()
F
()
F
2
F
1
F
4
Ц
z
2
Ц
Z
()
D
()
D
1
D
2
D
M
Рис. 6.9. Структурно-кинематическая схема агрегатного станка
Методика решения задачи
1. Изучить структурно-кинематическую схему агрегатного
станка (рис.6.9).
2. Составить последовательно циклограмму работы
агрегатной головки (подсистема 1) и циклограмму работы
поворотного стола (подсистема 2). Подсистему
управления столом рекомендуется проектировать с
использованием методики упрощенного синтеза.
3. Обеспечить обмен данными между подсистемами с
помощью триггеров управления.
4. Минимизировать логические функции с помощью карт
Карно и с помощью специальной программы MINWIN.
Сравнить результаты минимизации.
68
Порядок выполнения лабораторной работы
1. Изучить структурно-кинематическую схему агрегатного
станка (рис.6.9).
2. Составить последовательно в инструментальной среде
программирования ISaGRAF программу управления
агрегатной головкой станка (подсистема 1) и программу
управления столом агрегатного станка (подсистема 2).
3. Испытать на компьютере систему управления агрегатным
станком. Испытание проводить с использованием скрипт-
файла Simulation scripts.
Содержание отчета
1) Краткое описание структуры системы управления.
2) Карты Карно всех минимизируемых логических функций.
3) Функциональные схемы системы управления, распечатанные
непосредственно из ISaGRAF. В заголовках этих схем указать
фамилию студента и номер группы.
Контрольные вопросы
1. Объясните принцип работы агрегатного станка.
2. Как построить начальную циклограмму?
3. Как построить реализуемую циклограмму?
4. Объясните назначение и последовательность работы
триггеров управления.
5. В чем заключается методика упрощенного синтеза
дискретных систем управления?
Список литературы
1. Чикуров Н.Г. Логический синтез дискретных систем
управления: учеб. пособие / Уфимск. гос. авиац. техн. ун-т.
Уфа, 2003.
2. Сосонкин В.Л. Программное управление станками. М.:
Машиностроение, 1981.
Составитель ЧИКУРОВ Николай Георгиевич
АЛГОРИТМИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
КОМПЬЮТЕРНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Практикум
Редактор Волосатова Е.В.
Подписано в печать 28.12.2008. Формат 60х84 1/16.
Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Таймс.
Усл. печ. л. 4,3, Усл. кр.- отт.4,3. Уч.-изд. л. 4,2.
Тираж 100 экз. Заказ №
ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический университет
Центр оперативной полиграфии УГАТУ
450000, Уфа-центр, ул. К. Маркса,12