1. ПРОЦЕССНАЯ И РЕСУРСНАЯ МОДЕЛИ МАШИНЫ.
ОБОБЩЕННАЯ СТРУКТУРА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ МАШИНЫ
Структура (лат. structura - строение, расположение) - определённая
взаимосвязь, взаиморасположение составных частей; строение,
устройство чего-либо [1]. Это совокупность устойчивых связей объекта,
обеспечивающих его целостность и тождественность самому себе,
т, е. сохранение основных свойств.
Cтруктурно-компоновочное
разработчика:
решение
(СКР)
с
точки
зрения
1. Структура машины разрабатывается в процессе ее проектирования
для выявления требований к ее отдельным подсистемам и элементам.
Появляется структура на этапе ТП и ЭП проекта и должна являться
техническим заданием на дальнейшую проработку подсистем и элементов
на этапах технического и рабочего проекта.
2. Структура должна, по возможности, однозначно определять перечень
подсистем и элементов машины, способ их объединения в систему и
способ взаимодействия. СКР должно определять, как работают отдельные
подсистемы и компоненты машины и однозначно задавать требования к
ним, чтобы на последующих этапах разработки можно было решить,
как они должны быть устроены.
3. Взаимодействия элементов структуры
технологической машины
А. Современная машина даже на начальных этапах
проектирования должна быть представлена не только
ресурсной моделью, определяющей перечень подсистем
и элементов и способ их соединения в систему, но и
процессной моделью, определяющей способ
взаимодействия этих подсистем и элементов.
Ресурсная модель: функциональная схема - принципиальная
схема - сборочные чертежи - рабочие чертежи - детали.
Процессная модель: описание функций и процессов
взаимодействия элементов
– алгоритмы работы - … - загрузочный модуль
управляющей программы.
Г. Поставить четкое техническое задание на
элемент или подсистему – значит четко
описать их интерфейс
целевой интерфейс – назначение (функция),
реализуемые процессы и способ взаимодействия
механический интерфейс - расположение, крепление
и подключение элемента к материальным потокам
энергетический интерфейс – виды, характеристики
и правила взаимодействия питающих его потоков
энергии
информационный интерфейс - виды, характеристики
и правила (протоколы) обмена информацией
Д. Проработка машины идет как процесс
последовательного уточнения процессной и
ресурсной модели до тех пор, пока:
не будет полностью определена ее
комплексная принципиальная схема
(ТЗ и ТП на устройство, ресурсная модель);
процессы, реализуемые в элементах не
доведены до описания последовательными
процессами
(ТЗ и ТП на программное обеспечение).
1. Связи и взаимодействия элементов структуры технологической машины
реализуются через материальные, энергетические и информационные потоки.
Обобщенная структура машины должна представляться ресурсной моделью,
отражающей связи ее элементов материальными, энергетическими и
информационными потоками и процессной моделью, отражающей причинноследственные и временные правила (алгоритмы, протоколы) реализации
этих связей.
2. Возможно последовательное, параллельное, последовательно-параллельное
и магистральное объединение элементов системы материальными, энергетическими и информационными потоками. Причем эти связи (потоки) могут быть
организованы синхронно и асинхронно.
3. Каждый элемент структуры машины должен иметь четко выраженный и
компактный целевой, механический, энергетический и информационный
интерфейс. Определить элемент или подсистему технологической машины и
сформулировать четкое техническое задание на его дальнейшую проработку
- значит полностью определить его целевой, механический, энергетический
и информационный интерфейсы.
. Рациональное деление технологической системы на автономные элементы
рамках разработки ее структуры, является ответственной многовариантной
адачей, влияющей не только на успех текущей, но и на последующие разраотки. Это важно и для этапа эксплуатации системы, определяет трудоемкость
ее последующих модернизаций и возможности эволюционного развития.
КПС исполнительных механизмов
КПС СЭУиУ 2-й этап проработки
КПС СЭУиУ 3-й этап проработки
Аппаратная структура системы управления
2.3. Ресурсная модель технологической машины
Порядок разработки КПС: механика – энергообеспечение -управление
Изображение исполнительных механизмов
И зм . Л ист
№ докум.
Р азработ .
П роверил
Рябов
Ковалев
Н . Конт р.
Ут вердил
Ковалев
Подпись
Дата
НЭО 12.000.00.000ФС
Лит .
Установка вакуумного
обезвоживания
НОВ-5А
Л ист
Л ист ов
1
3
Перечень элементов
Зон
а
Поз. Обозначение
С3, C4
X6
Dp
Я1
Наименование
Конденсатор K 50-35, 220мкФх50В USL10x12SAMS
Розетка РГ1Н-1-1 ОЮ0.364.002ТУ
Датчик давления 7MF1563-5BE00.
Плата РД03.01.201
Кол.
Примечание
1
1
1
www.chip-dip.ru
8
www.siemens.ru
serie_z.pdf,
РД03.01.200ПЭ
Датчик абсолютного давления Dp1
А. Целевой интерфейс
Датчик предназначен для измерения абсолютного давления воздуха в камере ресивере в
пределах от 0 до 3 кПа с точностью не хуже 0.25% шкалы измеряемого давления.
Условия работы: - температура от 15 до 30 С;
- влажность – до 100%;
- среда не агрессивна.
Б. Механический интерфейс
Габаритные размеры по рис. 3.
Присоединение к камере: наружная дюймовая резьба G1/2 по рис. 4 а).
Электрическое подсоединение: угловое штепсельное соединение (DIN 43650) с вводом кабеля Pg 9.
В. Энергетический интерфейс
Напряжение питания UB =24 В (от 10 до 36В), ток от 4 до 20 мА. Электрическое подсоединение согласно рис.5.
Г. Информационный интерфейс
Токовый выход 4-20 мА.
Сопротивление нагрузки (UB-10 V)/0,02A, Ом.
Характеристика линейная растущая.
Подпись
Разработ.
Утвердил
Попов
Рябов
Дата
РД03.01.200ОЭ
Лист
Листов
2
6
Перечень потоков – связи элементов
Обозначение
Наименование
Код
P_ET
Регулируемое давление
М
U_pit
U_P_ET
Напряжение питания
Сигнал давления
Э
АК
Уровень
Адрес
10Па-500 кПа,
10Па-400кПа - 1%
шкалы, более - не
нормировано
~220В, 0.5А
0 - 5В, Rн>100кОм
Испытательная камера TKm
Сеть
В7-40
Ресурсная модель –
КПС исполнительных
механизмов
Редактор атрибутов блока
Имя
Подсказка
Значение
Редактор атрибутов блока
КОД
ac_TH_out
Имя
Температура на
выходе нагрева
ВХОЖДЕНИЕ
АК
УРОВЕНЬ
4…20 мА
АДРЕС
SU
ОБОЗНАЧЕНИЕ
НАИМЕНОВАНИЕ
Подсказка
Значение
В какой
узел входит
ОБОЗНАЧЕНИЕ
KV1
НАИМЕНОВАНИЕ
Кран шаровой КШТЗ-1650РБ-НЖФ
КОЛИЧЕСТВО
1
ПРИМЕЧАНИЕ
г. Электросталь т.702-94-43,
tedchnokom@elektrostal.ru
ПРИМЕЧАНИЕ
Ресурсная модель –
КПС электропитания и
системы управления
Редактор атрибутов блока
Имя
Подсказка
Значение
ОБОЗНАЧЕНИЕ
ac_TH_out
НАИМЕНОВАНИЕ
Температура на
выходе нагрева
КОД
АК
УРОВЕНЬ
4…20 мА
АДРЕС
Датчик THout
ПРИМЕЧАНИЕ
1.
Основной целью разработки КПС, отражающей обобщенную структуру
технологической машины, является подготовка широкого фронта работ для
дальнейших этапов проектирования и накопление опыта проектирования
оборудования сходного технологического назначения. По ней будут выпущены
необходимые монтажные, отдельные электрические, гидравлические и другие
схемы, завершающие этап эскизного проектирования и позволяющие
осуществить сборку и монтаж там, где можно обойтись без сборочных чертежей.
2.
Порядок разработки КПС. Сначала разрабатывается система целевых
механизмов машины и формируется набор материальных, энергетических и
информационных потоков, которые необходимы для функционирования каждого
механизма машины и системы в целом. Состав системы энергообеспечения будет
определен набором тех энергетических потоков, которые следует подвести к
целевым механизмам и отвести от них, чтобы они нормально функционировали. В
совокупности система целевых механизмов (механика машины) и система
энергообеспечения (энергетика машины) определяют тот набор входящих и
выходящих сигналов, которые подлежит обрабатывать системе управления.
3.
Комплексная принципиальная схема машины ФС дополняется перечнем
элементов, оформленном в виде таблицы на листе КПС, либо в виде отдельного
документа ПЭ и описанием интерфейса комплектующих элементов ОЭ,
достаточным, чтобы элемент был встроен в конструкцию и связан необходимыми
материальными, энергетическими и информационными потоками. Для
оригинальных элементов и подсистем КПС дополняется техническими заданиями
на них ТЗ с присвоением иерархического идентификационного номера и четким
описанием всех интерфейсов.
4.
В процессе проработки КПС должны быть согласованы по уровню и
протоколу все внешние и внутренние материальные, энергетические и
информационные потоки технологической машины.
Количественные и качественные и показатели ресурсной модели.
Показатели назначения:
параметры качества изделий, производительность, надежность,
технико-экономические показатели.
Показатели качества структуры:
1. Равновесность структуры
2. Автономность элементов: все процессы по преобразованию материальных,
энергетических и информационных потоков должны быть локализованы
внутри элемента или подсистемы структуры машины.
Рис. 7.4.
3. Однородность структуры: все элементы должны иметь по возможности
сходный унифицированный интерфейс.
Энергетический интерфейс: электропитание, пневматика, гидравлика
Информационный интерфейс
Последовательные каналы:
- на физическом и канальном уровне - RS-485 или Ethernet;
- на уровне протоколов обмена внутри управляющей сети – Modbus или
Modbus/TCP. Рассмотрены примеры кадров Modbus ASCII, Modbus RTU,
особенности Modbus ТСР. Организация пользовательского уровня.
Сигналы дискретного контроля:
- «сухой» контакт с током 0..20 мА или 4..20 мА;
- открытый коллектор npn;
- открытый коллектор pnp; Рассмотрены примеры подключения к двум типам УСО
Сигналы дискретного управления:
- токовый сигнал 0..20 мА или 4..20 мА;
Сигналы аналогового контроля:
- токовый сигнал 4..20 мА.
Избегайте сигналов аналогового управления.
4. Открытость и гибкость структуры
- В структуре материальный поток заготовок и технологические
позиции должны быть автономны. Должен быть резерв
наращивания производительности системы транспортирования.
Система не должна быть абсолютно равновесной.
- Автономность и унификация интерфейса технологических элементов (позиций).
- Структура должна обеспечивать асинхронность взаимодействий.
Перспективны магистральные компоновки в которых удобно реализовать
все эти требования Дать примеры
2.3. Процессная модель технологической машины
Процессная модель описывает целевой интерфейс системы в целом
и целевой интерфейс ее отдельных элементов.
Цель ПМ – поставить четкое ТЗ и ТП на САУ.
Форма представления зависит от развитости различных функций САУ
Функции САУ
Основные целевые функции
– реализация директивной
технологии
Функции САУ
Основные
целевые
функции
Автоматическое
управление по
директивной
технологии
Сервисные
функции
Функции
коррекции
цели
Обеспечение
надежности
Корректировка
управляющей
программы
-безотказность
-ремонтопригодность
-долговечность
Фискальные
функции
Функции
безопасности
-в диалоговом
режиме
-в режиме ручного
управления
-в режиме ручной
проводки
-со специального
пульта
Сервисные функции
– обеспечение наилучших условий
для выполнения основных функций
Функции коррекции цели
– изменение алгоритма работы САУ
ПРОРАБОТКА ПРОЦЕССНОЙ МОДЕЛИ.
Перечень целевых процессов - первичное описание КПС.
ФУНКЦИЯ "1"
ПРОЦЕСС "B"
ПРОЦЕСС "A"
критерий начала
КВАНТ
от других
потоков, процессов
Событие
локальное
потоки
ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
см.Ч.1. Глава 1.4. Последовательный процесс –
основная структурная единица программного
обеспечения САУ.
Функция определяет цель некоторых действий
Целевые, сервисные, функции коррекции цели
Событие – это момент фиксации чего-либо
важного для нас
два события не могут происходить
одновременно
Процесс - это совокупность событий и
действий,
объединенных общей природой и причинноследственными связями и направленных на
достижения поставленной цели
Поток (нить - thread) – это последовательность
связанных событий и действий. Каждое событие
является следствием предыдущих действий и
инициатором последующих
события: локальные, имеющие значение
только для данного потока, и системные
Квант потока – непрерывно выполняемая часть
потока (ограничен системными событиями).
Синхроквант
Интерквант
Экстраквант
системное
синхроквант
интерквант
экстраквант
Действие
Событие
Действие
Событие
Действие
Событие
к другим
потокам,
процессам
Действие
физически защищенная память
Перечень целевых процессов, реализуемых в системе
Обозначение
Наименование
Критерий
начала
Режим
проведения
Критерий
окончания
Форма представления целевых процессов зависит от их организации
А. синхронный цикл работы,
синхронные взаимодействия
- циклограмма
Механизмы
0
90
180
Б. асинхронный цикл работы,
асинхронные взаимодействия
-автоматный граф
270
Выдвижение руки
робота
Подъем руки
робота
360
x1*x2*x3
x1*x2*x3
х5*х6
x4*x9
Поворот
Вакуумная
присоска
Состояние
0
9
х7
X7
x4*x9
х7
Сигнал тележке
1
х5*х6
8
х4
2
х4
X7
7
3
Задержка
х8
6
х5
х6
4
5
х8
х6
х5
Задержка
У1
У2
У3
У4
У5
0 Исходное
0
1
0
0
0
1 Выдв*Пвр
1
1
1
0
0
2 Опск.
1
0
1
0
0
3 Здрж*Прс
1
0
1
1
0
4 Пдм
1
1
1
1
0
5 Втг.
0
1
1
1
0
6 Пвр
0
1
0
1
0
7 Выдв
1
1
0
1
0
8 Опск
1
0
0
1
0
9 Втг*Пдм*Прс
0
1
0
0
1
Циклограммы позволяют отобразить и причинно-следственные связи
Более сложные процессы – блок-схема алгоритма
