Синтез системы автоматического управления водоотливом

 

 

Для структурного синтеза дискретного автомата выберем нижний уровень системы управления шахтного водоотлива. Функциональная структурная схема этой системы представлена на рис.10.

Рис.10. Функциональная схема системы управления шахтного водоотлива.

 

На этой схеме приняты следующие обозначения:

БЗ – Блок задержки времени;

ДПЗз – Датчик положения задвижки (закрыто);

ДПЗо - Датчик положения задвижки (открыто);

t1 - Время заливки насоса;

t2 - Время набора производительности насосом;

УУ - Устройство управления насосом;

ДН - Двигатель насоса;

ЗУ - Устройство заливки насоса;

ПЗ - Привод задвижки;

Н - Насос;

З - Задвижка.

 

С верхнего уровня управления этой системы на вход устройства управления поступает сигнал «пуск» (или «стоп»), который одновременно запускает блок задержки времени. Этот блок последовательно выдает два временных сигнала. Первый сигнал «t1» регистрирует время заливки насоса, второй сигнал «t2» регистрирует время разгона привода насоса. Входные сигналы датчиков ДПЗз и ДПЗо фиксируют положение задвижки «З» (открыто или закрыто). Один из выходных сигналов устройства управления включают устройство заливки насоса «ЗУ», а другие приводы главного насоса «ДН» и задвижки «ПЗ». Положение задвижки. контролируется датчиком положения задвижки «ДПЗ».

На рис.11. представлен упрощенный вариант схемы системы управления шахтным водоотливом, которая будет использована как дискретная система управления этим процессом. На основе этой схемы построим табличные функции δ и λ , которые соответственно представим в таблицах 3, 4 и 5. 

 

Рис.11. Упрощенная схема системы управления шахтного водоотлива.

Тактовое состояния входных сигналов в этой системе отражено в табл. 3.

Пояснение содержания таблицы 3 Цикл управления насосом шахтного водоотлива состоит из восьми тактов. В такте Х0 система находится в состоянии ожидания приема с верхнего уровня управления сигнала «пуск». Сигналы t1 и t2 в этом такте находятся на безразличном уровне, так как таймеры не запущены. Сигнал датчика ДПЗ0 имеет нулевой уровень, потому что задвижка закрыта, а

сигнал датчика ДПЗз имеет наоборот единичный уровень. Эти сигналы не меняют своего состояния в течение пяти тактов, пока задвижка остается закрытой. В такте Х1 на вход «пуск/стоп» устройства управления приходит единичный пусковой сигнал, который остается таким в течении последующих шести тактов.

Таблица 3.

	Пуск/ /стоп	t1	t2	ДПЗо	ДПЗз	После получения этого сигнала блок задержки времени запускает заливочное устройство и таймер t1, поэтому на этом входе первоначально появляется нулевой сигнал запуска таймера. На следующем такте Х2 таймер t1 выдает единичный сигнал прекращения заливки насоса.
Х0		-	-
Х1			-
Х2			-
Х3		-
Х4		-
Х5		-	-
Х6		-	-
Х7	х	-	-

 

На такте Х3 блок задержки времени запускает таймер t2, который контролирует время запуска двигателя главного насоса. На этом такте и далее параметр t1 переходит уже в безразличное состояние. На такте Х4 заканчивается переходной процесс пуска двигателя насоса поэтому параметр t2 переходит на единичный уровень.

На такте Х5 насос переходит на рабочий режим откачки воды, поэтому система управления включает привод задвижки на открытие, в результате чего параметры ДПЗ0 и ДПЗз противоположно меняются, а вход t2 становится безразличным. Такт Х6 является основным рабочим тактом. Сигналы этого такта остаются такими же, как и в предыдущем такте. Одновременно в этом такте производится контроль работоспособности системы управления. В случае появления аварийного сигнала система управления переходит на такт Х7, на котором закрывается задвижка и выключается привод насоса, в результате чего параметры ДПЗ0 и ДПЗз снова противоположно меняются.

Состояние выходных сигналов системы управления представлено в табл. 4.

 

Таблица 4

	ЗУ	ДН	ПЗо	ПЗз
Y0
Y1
Y2
Y3
Y4

 

Где:

Y0 – нулевое состояние системы Y1 - заливка насоса Y2 - включение насоса, отключение заливки

Y3 - работа насоса и открытие Задвижки Y4 - отключение насоса и закрытие задвижки

 

Пояснение содержания таблицы 4 При действии выходного сигнала Y0 (нулевое состояние системы) все устройства водоотлива отключены.

При появлении выходного сигнала Y1 включается заливочное устройство остальные устройства пока отключены. Выходной сигнал Y2 выключает заливочное устройство и включает двигатель главного насоса. Сигнал Y3 открывает задвижку при работающем приводе насоса, а сигнал Y4 закрывает задвижку и отключает привод насоса.

Для построения графа алгоритма системы управления шахтного водоотлива построим таблицу 5, в которой объединим содержание двух предыдущих таблиц.

 

Таблтца 5

	а1	а2	а3	а4	а5	а6
Х0	а1/ Y0	а1/ Y0	а1/ Y0	а6/ Y4	а6/ Y4	а6/ Y4
Х1	а2/ Y1	а2/ Y1	-	-	-	а6/ Y4
Х2	-	а3/ Y2	-	-	-	а6/ Y4
Х3	-	-	а3/ Y2	-	-	а6/ Y4
Х4	-	-	а4/ Y3	-	-	а6/ Y4
Х5	-	-	-	а4/ Y3		а6/ Y4
Х6	-	-	-	а5/ Y2	а5/ Y2	а6/ Y4
Х7	-	-	-	-	-	а1/ Y4

 

Список внутренних состояний:

а1 – начальное состояние; а2 – заливка насоса; а3 – включение двигателя насоса; а4 – включение привода

задвижки и работа насоса; а5 – нормальная работа насоса с открытой задвижкой; а6 – выключение привода насоса и закрытие задвижки.

Пояснение содержания таблицы 5. Во время такта Х0 система находится в состоянии ожидания, при этом любая попытка включения привода в состояниях а4, а5, а6 вызывает появление сигнала Y4.обеспечивающего возврат В такте Х1 из начального состояния система переходит в состояние заливки насоса и находится в этом состоянии в течение следующего такта. В такте Х3 включается привод главного насоса. После его в такте Х4 при работающем насосе производится включение привода задвижки. В этом состоянии система находится весь следующий такт Х5. Такт Х6 является основным тактом работы насоса при открытой задвижке. Такт Х7 является режимом работы насоса при аварии, при котором закрывается задвижка и выключается привод насоса, после чего система переходит к начальному состоянию.

Далее на основе таблицы 5 строим граф алгоритма управления по выше изложенной методике. Общий вид этого графа представлен на Рис.12.

шахтного водоотлива, который представлен на Рис.12.

 

Рис.12. Граф переходов состояний системы управления шахтного водоотлива.

 

Этот граф имеет шесть вершин устойчивых состояний, на каждой из которых имеется петля циклового ожидания события, среди которых:

х0/у0 – (а1) ожидание нажатия кнопки пуск;

х1/у1 – (а2) ожидание окончания заливки насоса;

х3/у2 – (а3) ожидание окончания набора производительности насоса;

х5/у3 – (а4) ожидание окончания переключения задвижки (на открытие);

х6/у2 – (а5) работы насоса в нормальном режиме и ожидание окончания этого режима;

(х0 х1 х2 х3 х4 х5 х6 х7)/у4 – (а6) ожидание окончания переключения задвижки (на закрытие).

 

Рис.13. Алгоритм управления насосом шахтного водоотлива.

Представленный на рис. 13. алгоритм управления насосом шахтного водоотлива совмещен с вершинами графа, представленного на рис. 12. Насос шахтного водоотлива, как дискретный автомат, после запуска этого алгоритма находится в состоянии а1, в котором все выходные сигналы обнулены и в ожидании нажатия кнопки «пуск» он переходит на петлевой цикл опроса состояния этой кнопки. Пока эта кнопка не нажата этот цикл продолжается.

После нажатия копки «пуск» автомат переходит в состояние а2, в котором производится запуск таймера t1, а так же включение заливочного насоса. Если же заливочный насос не включился то происходит возврат в состояние а1, т.е. в исходное состояние этого автомата. При запуске заливочного насоса таймером t1 производится контроль времени заданного на заливку насоса с учетом состояния пусковой кнопки. При проверке этих условий алгоритм снова находится в петлевом цикле в течении времени t1 (это петля при вершине а2). По истечении этого временного отрезка происходит выход из петлевого цикла в состояние а3.

В этом состоянии (вершина а3) происходит включение привода рабочего насоса и одновременное выключение заливочного насоса. Кроме того, в этом состоянии включается таймер t2, который контролирует время включения привода асоса. В случае если одного из этих включений не произошло, то снова происходит возврат к вершине а1, т.е. в исходное состояние автомата.. По истечении этого временного отрезка происходит выход автомата из петлевого цикла в состояние а4. В этом состоянии при работающем двигателе рабочего насоса производится включение привода задвижки на открытие. Если же в этом случае задвижка не откроется или остановится двигатель рабочего насоса, то произойдет переход автомата в состояние а6, в котором обнуляются все его выходные сигналы и он снова перейдет в начальное состояние ожидания пуска. При нормальной же работе указных приводов и полного открытия задвижки происходит переход автомата в следующее состояние а5, в котором отключается привод открытой задвижки при работающем двигателе рабочего насоса.

Состояние а5 является основным рабочим состоянием насоса шахтного водоотлива. Оно продолжатся до тех пор, пока не будет подана команда «стоп» или пока не сработают аварийные датчики. Если это произойдет, то автомат переходит в состояние а6, в котором происходит закрытие задвижки и выключение привода насоса, после чего автомат переходит в состояние а1, т.е. в режим ожидания при нулевых значениях выходных сигналов.