Гл6-7-8_07 (1028409), страница 7
Текст из файла (страница 7)
6. Построение КПС системы управления. Выбор элементной базы. Пример из проекта.
7. Выдача технического задания и технического предложения на архитектуру и аппаратное обеспечение САУ.
8. Выдача технического задания на электронные компоненты технологической машины.
7.4. Процессная модель технологической машины
Для полного представления системы, помимо ресурсной модели, должна присутствовать процессная модель, описывающая работу элементов системы и взаимодействия между ними. Процессная модель описывает целевой интерфейс системы в целом и целевой интерфейс ее отдельных элементов, ресурсная модель (КПС с перечнями и описаниями элементов и потоков) – механический, энергетический и информационный интерфейсы. Так они взаимно дополняют друг друга, в совокупности представляя обобщенную структуру машины, разработка которой является основной задачей этапов технического предложения и эскизного проекта.
Снова вернемся к той триаде вопросов: для чего делать, что делать и как делать? Пока мы не будем рассматривать методику проектирования, как делать, решим позже.
Для чего нужна процессная модель, для чего делать? Наша задача и цель составления процессной модели - выдать четкое техническое задание и техническое предложение на систему управления, как неотъемлемую часть технологической системы. При этом работа по составлению ТЗ и ТП должна опираться проводимое ранее моделирование и расчеты. Очевидно, следует выбрать единую основу и структуру процессной модели, в рамках которой можно будет, как производить расчеты и уточнять структурно-компоновочное решение, так и выдавать ТЗ и ТП на программное обеспечение.
Ресурсная модель, согласно Единой Системе Технологической Подготовке Производства, начиная с общих структурных схем и кинематических, пневмо, гидро, электрических и других принципиальных схем, правила оформления которых закреплены ЕСКД, проходя стадии технического и рабочего проекта, завершается рабочими чертежами и программами обработки отдельных деталей. Также и процессная модель в рамках единой структуры должна преследовать ряд целей, как по расчету и уточнению принципиальных и конструктивных решений, так и по постановке ТЗ и ТП на программное обеспечение. Процессная модель на стадии рабочего проекта должна завершаться отлаженным кодом программного обеспечения технологической машины.
И так, основная цель представления процессной модели для нас – постановка четкого технического задания и технического предложения на проработку программного обеспечения САУ, если оно необходимо, на принципиальную электрическую схему, если предполагается САУ на жесткой логике, либо на профили кулачков, если предполагается кулачковая система управления. Причем, постановка ТЗ по Вашему усмотрению может ограничивать, либо не ограничивать разработчика САУ в выборе того или иного варианта реализации.
Что должна представлять из себя процессная модель, что делать? Процессная модель должна описывать, как по замыслу ведущего разработчика должна работать машина.
Отметим, что процессная модель должна иметь собственную структуру, которая должна быть иерархична и едина для систем, подсистем и элементов. Т. е., систему можно рассматривать как элемент (рис. 7.3.) с материальными, энергетическими и информационными входами вне ее внутреннего содержания и элемент при необходимости можно рассмотреть как систему, рассматривая его внутреннее содержание.
Форма представления процессной модели зависит от того, насколько развиты раз-личные функции. Если в машине предусматриваются только основные целевые функции и предполагается только синхронное жестко привязанное ко времени управление, можно ограничиться представлением циклограммы работы машины и требованиями к профилям кулачковых механизмов исходя из технологических требований.
Если проведение директивной технологии требует асинхронной работы и реакции на события – процессную модель в простейших случаях можно представить как автоматный граф либо как блок-схему алгоритма управления. Но наиболее универсальным способом представления процессной модели является описание работы машины и ее отдельных подсистем последовательными процессами. При этом реализуется иерархическая связь сверху вниз:
- функция, как цель действий;
- последовательные процессы для реализации поставленных целей
Целевой интерфейс будем определять набором основных целевых, сервисных функций и функций коррекции цели. Во введении мы кратко касались этого вопроса. Под функцией мы понимаем определение цели работы. Для чего работает система? Функции системы можно четко определить, лишь рассматривая ее как элемент в системе высшего иерархического уровня. По своей сути, функции системы – это ее назначение и описание взаимодействия с другими системами. Все функции системы можно разделить на три класса: целевые функции, сервисные функции и функции коррекции цели. Такое деление мы вводим прежде всего для того, чтобы не упустить ничего и на начальных этапах проектирования поставить четкое техническое задание на дальнейшие работы по разработке аппаратной и программной части САУ.
Целевой функцией технологической системы является преобразование определенных параметров полуфабрикатов в параметры изделия (требования качества) с заданной производительностью (требования количества). При этом на систему могут быть наложены ограничения по стоимости, надежности, занимаемой площади, условиям эксплуатации и т.п. По своей сути основную целевую функцию технологической машины наглядно представляет картинка «было – стало», на которой изображены полуфабрикаты технологического процесса и изделие, показаны внешние материальные и энергетические потоки, поддерживающие процесс обработки и внешние информационные потоки, поддерживающие и способные изменить преобразование. Для выполнения целевой функции системы нужно предусмотреть ряд процессов, реализующих основные операции технологии. Каждый из этих процессов, в свою очередь, представляется как взаимодействие параллельно или квазипараллельно протекающих потоков. Задача программиста, описать эти потоки и их взаимодействие. Здесь термин «квазипараллельно» означает, что потоки могут выполняться одним процессором, но за счет быстрого переключения между ними все равно будут должным образом привязаны к реальному времени. Рекомендую освежить в памяти основные определения и посмотреть еще раз разделы 1.4 и 1.5 первой главы «Последовательный процесс – основная структурная единица программного обеспечения САУ» и «Структура программного обеспечения и основы программирования микроконтроллеров».
В
торой класс - вспомогательные или сервисные функции. Они направлены на организацию наилучшего исполнения основных, на оптимизацию или поддержание параметров, определяющих работоспособность системы в заданных пределах. Появление современных цифровых средств обработки информации обеспечивает широчайшие условия для реализации сервисных функций, способных радикально изменить качество технологической системы. Здесь разработчику представляются огромные возможности и при выборе функций этого класса надо быть особо внимательным, следует знакомиться с реализацией сервисных функций у различного технологического оборудования, проявлять максимум фантазии, поскольку опыт применения сервисных функций еще только формируется.
Каких только сервисных функций не бывает.
На рис. 7.10 мы попытались как-то классифицировать их на ряд групп.
Сервисные функции обеспечения надежности направлены на повышение безотказности, ремонтопригодности и долговечности машин – основных групп показателей надежности.
Напомним, что ключевым понятием надежности является понятие работоспособность – свойство технологической машины поддерживать свои параметры – критерии работоспособности в пределах, заданных техническими условиями. Отказ – событие, заключающееся в потере работоспособности.
Тогда безотказность – свойство системы непрерывно сохранять свою работоспособность, долговечность – свойство системы сохранять свою работоспособность с необходимыми перерывами на ремонт и техническое обслуживание, а ремонтопригодность – свойство системы восстанавливать свою работоспособность после ремонта.
Для анализа мер по обеспечению надежности необходимо составить подробный список возможных отказов. Затем возможные отказы анализируются и предусматриваются меры для того, чтобы предотвратить их проявление, либо сделать так, чтобы проявление отказов не приводило к катастрофическим последствиям и не оказало существенных последствий на работоспособность комплекса.
Одним из основных показателей безотказности является наработка на отказ - среднее значение непрерывной работы между отказами. Система управления располагает обширной информацией о состоянии машины, может целенаправленно накапливать и обрабатывать эту информацию и предупреждать возможные отказы, тем самым, увеличивая наработку.
Вы, очевидно, обращали внимание на то, что типовая «гребенка» манометрических ламп содержит один термопарный и два ионизационных датчика. Ионизационный датчик резервируется, так как чаще термопарного отказывает из-за перегорания катода. Система управления может автоматически переключиться на резервный ионизационный датчик при отказе основного.
Помимо элементарного резервирования, можно предусматривать обходные пути управления процессом при отказе элементов. Например, при отказе манометрических датчиков информацию о давлении можно получить, фиксируя ток магниторазрядного насоса, либо можно перейти на синхронный цикл управления. Чаще всего такие обходные пути не требуют никаких дополнительных аппаратных средств, трудности только программные.
Весьма эффективны функции диагностики механизмов и самодиагностики САУ. Во все серийные микроконтроллеры самодиагностика введена и реализуется за доли секунды. Всего секунду или меньше Вы затратите, если протестируете микроконтроллер и периферию, а можете выиграть часы на ремонт. Перед проведением различных вакуумных процессов, особенно с длительным циклом, целесообразно протестировать работу исполнительных механизмов.
Наблюдая за изменением состояния параметров механизмов, можно прогнозировать вероятность отказов и вводить систему планово-предупредительных ремонтов.
Система управления отлично помнит, когда менялось масло в диффузионном насосе и каков его остаточный ресурс. Она может и должна предупредить оператора, когда подойдет плановый срок его замены.
Повысить показатели ремонтопригодности и долговечности (снизить среднее время восстановления) САУ сможет, фиксируя и выдавая наладчику причину отказа и возможные пути его устранения.
Функции зашиты от ошибок оператора также повышают надежность машины. Это, как всевозможные электромеханические блокировки, так и программные средства, не позволяющие например, напустить воздух в гнездо, если мы уже реализуем откачку высоко вакуумным насосом, даже если мы находимся в режиме ручного управления. Нельзя допускать включения высоковакуумного вакуумметра, если выключен низковакуумный, нельзя допускать включения активировки при термовакуумной обработке ЭВП, если не обеспечен вакуум. Все эти функции должны быть подробно обсуждены с технологом, оператором и наладчиком. Большинство из них дополнительных затрат практически не требуют, а пользу приносят очень большую, хотя и не проявляющуюся явно, поскольку свои ошибки операторы стараются не афишировать.
Фискальные функции фиксируют все случаи, когда нарушены условия эксплуатации оборудования.
У оборудования, работающего с вредными для человека и окружающей среды материалами, например парами ртути, вводятся функции безопасности. В местах, где возможны утечки технологической среды, устанавливаются датчики, сигнализирующие о превышении концентрации вредных веществ. Система управления по этим сигналам должна отреагировать предписанным образом, чтобы компенсировать возможные вредные воздействия.
Закончим наше перечисление фразой, с которой мы его начали. При выборе функций этого класса надо быть особо внимательным, следует знакомиться с реализацией сервисных функций у различного технологического оборудования, проявлять максимум фантазии, поскольку опыт применения сервисных функций еще только формируется.
Функции коррекции цели. – это корректировка управляющей программы вручную с участием оператора, либо автоматически. При ручной корректировке алгоритмов управления главным является то, что оператор не должен обладать какими-то специальными навыками программирования. Процесс корректировки должен быть построен так, чтобы для его проведения требовалось лишь знание оператором технологии, реализуемой на машине и максимально использовался его опыт в этом направлении.
Оператор может корректировать управляющую программу в диалоговом режиме, отвечая на поставленные вопросы. При этом САУ поддерживает диалог, не позволяя оператору делать случайных грубых ошибок при задании параметров. Обычно в процессе такого диалога формируется перечень параметров (листинг уставок), доступный для редактирования в обычном текстовом редакторе. Ввод файла листинга из имеющегося и постоянно пополняемого списка сокращает время диалога и разгружает систему управления от рутинной работы.
Коррекция в режиме ручного управления осуществляется при управлении машиной вручную. При этом система управления фиксирует действия оператора, автоматически составляя управляющую программу. Мы в разделе 1.1.Ж рассматривали подобный пример.
При коррекции в режиме ручной проводки САУ, оператор осуществляет процесс вручную. Например, взяв в руку краскопульт покрасочного робота, начинает красить крыло автомобиля на конвейере. САУ следит за траекторией перемещения, запоминает и воспроизводит ее в автоматическом режиме.
Здесь мы видим достаточно развитый список сервисных функций и функций коррекции цели, который прорабатывается в процессе разработки процессов, поддерживающих целевые функции. В процессе разработки отдельных алгоритмов, безусловно, уточняется и детализируется и ресурсная модель (КПС), выявляется перечень аварийных ситуаций. Работа ведется в ряд шагов.
5.1. Формирование перечня целевых процессов. Для реализации целевых функций (процесс сушки в ручном и автоматическом режимах с управлением степенью осушки) нужно предусмотреть ряд последовательных процессов. При формировании набора процессов и проработке их алгоритмов необходимо основываться на ряде правил.
А). Каждый процесс состоит из ряда последовательных событий и действий между ними. События – это результат фиксации системой какого либо факта. События происходят мгновенно, в системе не может одновременно наблюдаться два и более события, хотя и параллельно протекает ряд последовательных процессов. Событие выступает как результат одних действий и побудитель других. Действия, напротив, могут осуществляться параллельно даже внутри последовательного процесса.
Б). События могут быть локальными (непосредственно используются, как инициатор действий только в данном процессе) или системными (инициируют действия в других процессах или порождают иные процессы).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
