Гл6-7-8_07 (1028409), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

Целевой интерфейс варианта 7.4, б) - реализация зависимости температуры полуфабриката от времени Т(t) в соответствии с уставкой AU_T, формируемой централизованной САУ. При этом централизованная САУ разгружена от непосредственного управления нагревателем, она в соответствии с его новым целевым интерфейсом обязана лишь формировать график требуемой температуры во времени AU_T.

Не очень понятно, зачем с состав информационного интерфейса нагревателя включен сигнал АС_Т, формируемый термопарами, ведь значение фактической температуры уже использовано контроллером BEU для расчета управляющего воздействия. Но правильно ли работает этот контроллер. Сигнал АС_Т сообщает центральному контроллеру об этом. Он, эпизодически сравнивая фактическую и требуемую температуру изделия, может судить о качестве управления и состоянии процесса нагрева.

Нагревательный элемент по варианту 7.4, б) является уже автономным. Практически любая модернизация может быть замкнута внутри этого элемента. Можно даже изменить способ нагрева, лишь бы выходной сигнал АС_Т остался тем же и адекватно представлял температуру изделия.

Еще более минимизировать и унифицировать информационный интерфейс нагревателя можно, если обмен локального контроллера с центральным формировать с помощью канала RS-485 (вариант рис. 7.4, в). Тогда центральный контроллер по магистральному каналу RS-485 будет давать задание на работу, например, поднимать температуру до 500 °Ц со скоростью 10 градусов в минуту. Локальный контроллер квитирует это задание и приступает к работе, а по выполнению докладывает. Такой элемент будет действительно автономен, его можно будет отладить и испытать отдельно, с минимальными переделками использовать в других разработках.

Помимо основной целевой функции можно предусмотреть и на программном уровне реализовать целый ряд сервисных функций. Например, каждую секунду по RS-485 сообщать о фактической температуре в печи, чтобы центральный контроллер вел тренды процесса нагрева, поводить самодиагностику и сообщать о ее результатах, сообщать о сбоях в работе и т.п.

Информационный и энергетический интерфейс этого и других элементов будет одинаков на физическом уровне (сетевая вилка и разъем для канала RS-485). Ничего страшного не произойдет, если канал подключить к другому гнезду или вилку вставить в другую розетку. Система будет открытой и однородной. Стремление к однородности и унификации интерфейсов элементов, конечно, не должно перешагивать через здравый смысл и желание сделать систему проще и дешевле. Там, где целевые функции элемента просты, и можно вполне обойтись без сетевого канала, применять его не следует.

Таким образом, рациональное деление технологической системы на автономные элементы в рамках разработки ее структуры, является важной и ответственной многовариантной задачей, влияющей не только на успех текущей, но и на последующие разработки. Это важно и для этапа эксплуатации системы, определяет трудоемкость ее последующих модернизаций и возможности эволюционного развития.

Структура – есть описание интерфейсов входящих в систему элементов, взаимных связей и взаимодействий этих элементов через материальные, энергетические и информационные потоки.

Ранее взаимодействие элементов технологической системы (технологических позиций) рассматривалось глав­ным образом только на уровне материальных потоков (движение заготовок). Г. А. Шау­мяном [1] было введено последовательное (процесс обработки делится по ряду по­следова­тельных позиций, каждая позиция связана лишь с предыдущей и последующей, рис. 7.5, а), последо­вательно-параллельное (рис. 7.5, б) и параллельное агрегатирование (рис. 7.5, в) технологических машин. В до­полнение к описанным, в настоящее время получает достаточно широкое распростра­нение магистральное агрегатирование (рис. 7.5, г) когда возможна связь между двумя любыми позициями, подключенными к магистрали.

Рассмотрение этих способов взаимо­действия на уровне не только материальных, но и энергетических и информаци­онных потоков делает особенно актуальным деление технологии на отдельные последова­тельные процессы, их описание и дробление по ресурсам.

В рамках той или иной структуры возможны синхронные и асинхронные взаимодействия между элементами. Синхронные взаимодействия жестко привязаны ко времени. Например, в карусельном автомате заготовки перемещаются от позиции к позиции одновременно и время обработки в каждой позиции должно быть одинаково. Таким образом, жесткое агрегатирование по вариантам 7.5, а), б), и в) требует синхронных взаимодействий и время обработки в каждой позиции должно быть одинаковым.

К аждый технологическая позиция характеризуется временем обработки t_рi., в течении которого обработка может быть закончена. Это время может быть детерминированной или случайной величиной. Например, время проверки контактирования цепи накала катода после загрузки позиции в рассмотренной нами ранее линии термовакуумной обработки детерминировано и определяется длиной отрезка шины, по которой подается пробное напряжение накала и скоростью движения позиции. В тоже время, длительность ряда операций может существенно зависеть от качества полуфабрикатов и инструмента, например, время откачки до заданного давления. В этом случае время обработки обычно характеризуют математическим ожиданием и среднеквадратичным отклонением S, приняв допущение о нормальности распределения (рис. 7.6).

В технологических структурах с жесткими синхронными связями (рис. 7.5, а), б), в) такт машины, как период выдачи изделия, определяется максимальным значением из времен обработки на каждой из позиций max t_рi. Если времена обработки в позициях детерминированы, для задания такта машины следует взять максимальное из времен обработки в последовательных позициях. Если времена случайны, такт следует выбирать большим, чем среднее время обработки. Из рис. 7.6. наглядно видно, что, выбирая время такта, мы ограничиваем время обработки в позиции и закладываем регламентированный процент брака. Чем большим будет выбранный такт, тем ниже будет процент брака, но тем меньше будет цикловая производительность системы.

Добиться квазиасинхронного взаимодействия при обмене материальными потоками можно и в системах с жесткими связями. При этом передача заготовки из позиции в позицию будет осуществляться только тогда, когда обработка во всех позициях закончена, а момент окончания и передачи потока будет определяться не временем, а параметрами процессов, протекающих в каждой из позиций. Однако это не всегда возможно, исходя из непрерывности технологических операций, часто усложняет конструкцию технологической машины и может привести к потерям производительности.

Использовать асинхронные взаимодействия между позициями и реализовать все из преимущества целесообразно в специально предназначенных для этого структурно-компоновочных решениях. В технологических структурах с гибкими связями (рис. 7.5, г) допустимы асинхронные взаимодействия позиций. Начало и окончание обработки в отдельных технологических позициях жестко не связаны друг с другом.

Э

Рис. 7.7. Автоматическая линия, разделенная на участки накопителями

того же эффекта можно добиться, если позиции 2 не связывать жестко друг с другом, а объединить через накопители полуфабрикатов 1 (рис. 7.7). Здесь, после окончания обработки, позиция передает изделие в выходной накопитель и берет полуфабрикат из входного. Начало и окончание цикла ее работы жестко не связаны с предшествующими и последующими участками и могут происходить в произвольные моменты времени. Если, конечно, есть детали в предыдущем и вакансии в последующем накопителе.

И так, структура технологической машины, предназначенная для распараллеливания последующих работ по созданию ее исполнительных механизмов, систем их энергообеспечения и управления на аппаратном и программном уровнях, должна включать ресурсную и процессную модели.

Ресурсная модель является графическим отображением элементов системы и их связей материальными, энергетическими и информационными потоками. По сути, это принципиальная схема машины. Но, даже дополнив ресурсную модель таблицами с описанием состава ее подсистем и элементов и статическим описанием потоков, полностью определить структуру не удастся. Не определены будут все возможные способы взаимодействия элементов структуры во времени, не определена динамика ее работы.

Поэтому ресурсная модель технологической машины должна быть дополнена процессной моделью, описывающей взаимодействия подсистем и элементов структуры на уровне их интерфейсов. При этом целесообразно описывать взаимодействия иерархически, сначала на уровне интерфейса выделенных подсистем, затем внутри каждой подсистемы на уровне интерфейсов выделенных элементов. Если есть необходимость, элемент может быть сам рассмотрен как система. И так до тех пор, пока элементы сами однозначно не определят свою работу в структуре. В этом случае структура будет однозначно определена.

Определить структуру технологической машины, значит полностью задать состав ее подсистем и элементов и определить их целевой, механический, энергетический и информационный интерфейс. При этом разработчик должен либо выбрать элементы из стандартных и покупных изделий, либо поставить четкие технические задания на них.

Именно описание целевого интерфейса подсистем и элементов и является процессной моделью технологической машины. Целевой интерфейс описывает взаимодействия элемента в системе на уровне материальных, энергетических и информационных потоков. Информационный интерфейс, определяющий виды, характеристики и пра­вила обмена информацией, по сути, является составной частью целевого интерфейса и выделен здесь, чтобы входить, как составная часть в техническое задание на САУ.

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 причинно-следственные и времен­ные правила (алгоритмы, протоколы) реализации этих связей.

2. 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.

3. Рациональное деление технологической системы на автономные элементы в рамках разработки ее структуры, является важной и ответственной многовариантной задачей, влияющей не только на успех текущей, но и на последующие разработки. Это важно и для этапа эксплуатации системы, определяет трудоемкость ее последующих модернизаций и возможности эволюционного развития.

4. Возможны структуры с жесткими и гибкими связями. В структурах с жесткими связями реализуются синхронные, жестко привязанные ко времени взаимодействия. Длительность обработки в каждой из технологических позиций такой структуры (время рабочих ходов) и длительность передачи изделий из позиции в позицию (время холостых ходов) должны быть постоянными. В структурах с гибкими связями можно реализовать асинхронные взаимодействия, не привязанные жестко ко времени. Такие структуры накладывают более мягкие ограничения на реализуемые в их рамках технологические процессы.

5. Разделение отдельных технологических позиций накопителями полуфабрикатов – один из путей создания технологических структур с асинхронными взаимодействиями, хотя связи и могут оставаться пространственно жесткими.

Вопросы к экзамену.

1. Взаимодействия элементов структуры технологической машины.

2. Синхронная и асинхронная организация взаимодействий в машине. Структурно-компоновочные решения для их реализации.

3. Состав интерфейса компонента технологической машины. Целевой, механический, энергетический и информационный интерфейс. Примеры из проекта.

7.3. Ресурсная модель технологической машины

Рабочие чертежи нужны, чтобы сделать детали, сборочные, чтобы собрать машину. А зачем и кому нужна ресурсная модель или обобщенная структура машины?

Характеристики

Список файлов книги