Формализм иерархических графов

Для описания электроавтоматики можно использовать формализм иерархических графов, который особенно удобен для графического описания автоматических циклов. Иерархический граф представляет собой «четверку» множеств:

· Простые вершины-состояния, изображаемые кружками, причем состояния могут быть статическими или динамическими. Выход со статического состояния инициируется извне, тогда как выход из динамического состояния происходит по завершению процесса.

· Сложные вершины-состояния, изображаемые двойными кружками (с двойным бордюром), причем такие состояния являются вложенными графами.

· Дуги, которые отражают переходы между состояниями любого типа.

· Узлы, которые разрезают дуги, изображаются темными кружками, причем узлы фиксируют условия изменения состояний любого типа. Если дуга выходит со статической вершины-состояния, то узел может одновременно принадлежать другому графу того же или другого уровня иерархии.

Вершинам-состояниям приписанные «этикетки» – имена в прямоугольных рамках.

Имя статического состояния имеет структуру СТАТУС_<имя>.

Имя динамического состояния (процесса или инициализации) имеет структуру ПРОЦ_<имя> или ИНИЦ_<имя>.

Имя узла служит признаком одного из следующих типов:

· команды панели оператора;

· флага завершения вычислительного процесса;

· сигнала окончания управляемой операции.

Методика описания сложного цикла электроавтоматики включает в себе следующие этапы:

· разработка первичного автомата, т.е. автомата верхнего уровня иерархии, который является, в сущности, диспетчером режимов;

· разработка режима нерегулярных ситуаций (внутреннего режима), который сохраняет корректность состояния управляемого объекта при любых переключениях основных режимов, а также гарантирует неизменное состояние объекта, если цикл пассивный;

· выделение параллельно работающих автоматов, которые действуют в рамках цикла;

· разработка автоматов нижнего уровня иерархии.

Рассмотрим систему управления револьверной головкой токарного станка (рис. 3.4), которая поддерживает следующие режимы:

· автоматический, в рамках которого обеспечивается вызов инструмента любой грани револьверной головки (переход на нужную грань происходит по кратчайшему пути);

· ручного управления (например, поворот револьверной головки на очередную ее грань);

· нерегулярных ситуаций.

Система управления револьверной головкой функционирует следующим образом.

Рисунок 3.4 - Схема управления револьверной головкой

Двухпозиционный гидрораспределитель с электромагнитом ЭМ управляет гидроцилиндром ГЦ зажима-разжима револьверной головки, нижнее и верхнее положения которого контролируются выключателями В1, В2. Поворот головки осуществляется гидромотором ГМ, управляемым гидрораспределителем с электромагнитами ЭМ2 и ЭМЗ. Прохождение любой грани через возможное (по углу поворота) положение идентифицируется кулачком К, соосным с валом гидромотора, и выключателем ВЗ. Код грани устанавливается многоразрядным датчиком позиции головки Д.

На рисунке 3.5 приведен граф первичного автомата со всеми сложными состояниями - СТАТУС_НЕРЕГ_РЕЖ (режим нерегулярных ситуаций), СТАТУС_АВТОМ_РЕЖ (автоматический режим), СТАТУС_РУЧН_РЕЖ (режим ручного управления).

Первичный автомат инициируется узлом-условием (клавишей) начального пуска НАЧ_ПУСК, а после этого управляет режимными переходами. Узлы-условия АВТОМАТ и РУЧН отвечают активизации соответствующих режимных управляющих элементов панели оператора.

Вход в сложную вершину-состояние СТАТУС_НЕРЕГ_РЕЖ первичного автомата осуществляется через один из узлов-условий: НАЧ_ПУСК, АВТОМАТ, РУЧН. В этой вершине идентифицируется текущее состояние револьверной головки и определяется готовность автомата работать в ручном или автоматическом режимах.

Рисунок 3.5 - Граф первичного автомата

В автоматическом режиме можно выделить два параллельных процесса – зажим-разжим головки и вращение-останов головки. Принципом выделения процесса является наличие исполнительного устройства.

Инициализация зажима-разжима осуществляется в состоянии ИНИЦ_1 графа (рис. 3.6).

Инициализация устанавливает условия:

· корректный разжим (КОРР_РАЗЖ), что означает разжатое состояние головки в корректном положении ее граней по углу поворота (условие инициирует процесс зажима в состоянии ПРОЦ_ЗАЖ);

· корректный зажим (КОРР_ЗАЖ), что означает зажатое состояние головки в корректном положении ее граней по углу поворота (условие инициирует переход в статическое состояние зажима СТАТУС_ЗАЖ);

· некорректный зажим (НЕКОРР_ЗАЖ), что означает зажатое состояние головки в неправильном положении ее граней по углу поворота (инициирует переход в состоянии разжима головки ПРОЦ_РАЗЖ);

· некорректный разжим (НЕКОРР_РАЗЖ), что означает разжатое состояние головки в неправильном положении ее граней по углу поворота (инициирует переход в статическое состояние разжима СТАТУС_РАЗЖ).

Рисунок 3.6 - Граф автомата зажима- разжима

Инициализация вращения-останова осуществляется в состоянии ИНИЦ_2 графа (рис. 3.7).

Рисунок 3.7 - Граф автомата вращения-останова

Инициализация устанавливает условия:

· некорректное вращение (НЕКОРР_ВРАЩ), что означает включенное состояние вращения гидромотора ГМ поворота головки при ее зажатом состоянии через сбои (инициирует процесс торможения головки в состоянии ПРОЦ_ТОРМ);

· корректный останов (КОРР_ОСТАН), что означает остановку головки в корректном положении ее граней по углу поворота (определяет переход в статическое состояние СТАТУС_ОСТАН);

· некорректный останов (НЕКОРР_ОСТАН), что означает остановку головки в неправильном положении ее граней по углу поворота (инициирует процесс пуска вращения ПРОЦ_ПУСК);

· корректное вращение (КОРР_ВРАЩ), что означает нормальное вращение головки в ее разжатом стане (определяет переход в статическое состояние СТАТУС_ВРАЩ).

Общее рассмотрение двух графов на рисунках 3.5 и 3.6 показывает, что система обеспечивает автоматический выход из любых некорректных ситуаций.

Таким образом, управляя условиями выхода из статических состояний, можно построить любой цикл автоматического управления.

Для автоматических циклов целесообразно использовать технологии визуального проектирования, которые позволяют генерировать исполняемые файлы по их графическому представлению, например, в S7 HiGraph.

Функции визуального проектирования обеспечивают:

• многоуровневое вложение графов с работой на каждом уровне в отдельном окне;

• выполнение групповых операций (выделение фрагмента графа, удаление, копирование, перемещение фрагментов в разных позициях и на разных уровнях);

• сохранение (загрузка) проекта или фрагмента;

• импорт одного проекта в другой;

• документирование проекта и генерацию отчетов;

• генерацию исходного кода для следующей компиляции;

• верификацию графа на уровне проектирования, моделирование и отладка циклов.

Применение инструментов визуального проектирования многократно повышает производительность разработчика, позволяет создавать сложные циклы электроавтоматики, реализация которых без инструментальной поддержки проблематична.