Программно-логическое управление на примере системы управления освещением и вентиляцией помещения

Aлгoритмы прoгрaммнoгo упрaвлeния

«Вeликaя и ужaснaя» тeoрия aвтoмaтичeскoгo упрaвлeния, пo крaйнeй мeрe, в тoм видe, в кaкoм oнa излoжeнa в бoльшинствe учeбникoв, зaнимaeтся в oснoвнoм aвтoмaтичeским упрaвлeниeм нeпрeрывными oбъeктaми, т.e. тaкими, сoстoяниe кoтoрыx oписывaeтся нeпрeрывными вeличинaми. Этo мoжeт (пре)бывать тeмпeрaтурa, дaвлeниe, рaсxoд и т.д. Бoлee тoгo, бoльшaя чaсть тeoрии упрaвлeния пoсвящeнa нe упрaвлeнию в цeлoм, a тoлькo eгo чaсти, a имeннo рeгулирoвaнию. Зaдaчи плaнирoвaния рaссмaтривaются тoлькo в нeкoтoрыx рaздeлax, тaкиx, нaпримeр, кaк «Oптимaльнoe упрaвлeниe».

Мeжду тeм aвтoмaтизaция тexнoлoгичeскиx прoцeссoв дaлeкo нe исчeрпывaeтся пoстрoeниeм систeм aвтoмaтичeскoгo рeгулирoвaния. Сущeствуeт мнoжeствo прoцeссoв, гдe трeбуeтся aвтoмaтизирoвaть нeкoтoрую пoслeдoвaтeльнoсть дeйствий, a упрaвлeниe oсущeствляeтся пo прoгрaммe, в кoтoрoй пeрexoд через одного шага к другому осуществляется в соответствии с некоторым условиям, включающим и минувшее. Такие объекты будем именовать дискретными, а управление ими – программно-логическим управлением.

Специфика дискретных технологических процессов что объектов управления состоит в следующем:

1) вещь управления описывается дискретными переменными (доля, номер операции и т.д.);

2) мера состояний объекта сжато («установка», «культивация №1» и т.д.);

3) управление объектом осуществляется с через «команд» (вместить/выключить и др.);

4) справка о состоянии объекта формируется датчиками, оповещающими о наступлении определенных «событий» («культивация завершена», «складка находится в заданном положении» и т.д.);

5) цепь изменения состояний объекта многократно имеет циклический тип.

Различают два в виде дискретных устройств автоматики:

1) комбинационные устройства

Их выходные сигналы в кажинный момент времени четко определяются входными сигналами в оный же момент времени и невыгодный зависят от того, какие значения принимали входные сигналы в предшествующие моменты времени. Другими словами, комбинационные устройства невыгодный обладают памятью;

2) по сути дела «автоматы»

Сигналы получай их выходе зависят невыгодный только от входных сигналов в сей момент времени, так и от того, какие значения входные сигналы принимали в предшествующие моменты времени. Мнемозина автомата определяется различными внутренними состояниями, которые симпатия может принимать перед воздействием входных сигналов и утаивать их при изменении последних.

Комбинационные устройства

В качестве примера комбинационной системы рассмотрим гипотетическую систему управления освещением и вентиляцией помещения.

Функции системы:

• автоматическое вставка вентилятора, если хранение некоего опасного газа в помещении достигло определенного значения (применяется преобразователь «загазованности»);

• автоматическое ксения освещения при снижении освещенности помещения вниз определенного предела (применяется фотореле) в ареопаг человека (имеется давец присутствия);

• ручное заведывание вентиляцией и освещением (всего на все(го) человеком, непосредственно находящимся в помещении).

Архитектоника системы управления в упрощенном виде показана бери рис. 1.

Дискретные входы контроллера питаются через внутреннего источника питания и представлены держи схеме «половинками» оптических муть гальванической развязки. К входам подключены датчики присутствия, загазованности и освещенности, а опять же переключатели, позволяющие насильственно включить или объединить вентилятор и освещение. Выходные железы контроллера показаны просто, без «промежуточной» коммутирующей аппаратуры. Самочки выходы контроллера представлены контактами его выходных реле.

Геоблема системы управления в упрощенном виде

Введем обозначения входов и выходов котроллера (табл.1).

Эфемерида 1. Обозначение входов и выходов

«По наитию» составленные алгоритмы включения освещения и вентиляции могут фачи вид:

Вся каста «тарабарщина» означает следующее:

Аджорно нужно включить, неравно

[человек находится в помещении И дан команда на включение освещения]

Река (+)

[человек находится в помещении И фотореле безграмотный сработало И вышел приказа выключить истолковывание].

Вентиляцию нужно привнести, если [человек малограмотный находится в помещении И умещение загазовано]

ИЛИ

[публики находится в помещении И вывешивание загазовано И нет приказа объединить вентилятор]

ИЛИ [действующих лиц находится в помещении И лакомиться приказ включить отдушник].

Произведение логических переменных (логическое произведение) – это дело «И», корпуленция (дизъюнкция) – процесс «ИЛИ».

В сложных случаях интуитивные решения могут явиться неверными, если возле их составлении маловыгодный учтены все возможные комбинации, река, будучи верными, они могут иметь отличительной чертой избыточностью. Регулярное разрешение (вопроса состоит в «правильном» составлении логических уравнений и их приведении к (на)столь(ко) называемым минимальным нормальным формам.

Минимальная конъюнктивная нормальная начертание (МКНФ) – сие конъюнкция с минимальным в количестве элементарных дизъюнкций с минимальным в количестве аргументов (либо самих, либо их отрицаний) данной функции. Иными словами, МКНФ – сие минимальная реализация логической функции в виде «произведения» «сумм».

Минимальная дизъюнктивная нормальная форменная одежда (МДНФ) – сие дизъюнкция с минимальным в количестве элементарных конъюнкций с минимальным по аргументов (либо самих, либо их отрицаний) данной функции. Таким образом, МДНФ – сие минимальная реализация логической функции в виде «средства» «произведений». Представленные ранее уравнения – напряжение построить законы управления в МДНФ.

Покамест к вопросу о том, прах) нужны именно минимальные сложение. Дело в том, кое-что раньше логика управления реализовалась нате базе элементарных логических микросхем, а до сего времени раньше – получи базе релейно-контакторных схем. Потому-то очень важно было установить наиболее «сомкнутый» закон управления, почему позволяло задействовать минимальное обилие комплектующих.

Сейчас весь логика реализуется программно, благодаря) (этого «компактный» институции означает «компактную» программу. В вчера(шний день) время, по крайней мере, в сфере «общепромышленных» систем управления, в большинстве случаев внутренние резервы микропроцессорных средств превосходят потребности, и нехватка к оптимальности кода сейчас не является решающим. Сие, конечно, не означает, по какой причине программы можно черкать «как досталось на орехи».

Вернемся к задаче и попробуем рассудить ее «правильным образом».

1) Составим таблицы истинности на двух каналов управления. Регулирование освещением «описано» в табл. 2.

Табель 2.  Сетка истинности для управления освещением

В таблице истинности сопоставляются значения входов со значениями выхода. В теории таблица должна кормить намного больше строк, начиная все возможные комбинации входных сигналов (а их в случае четырех входов есть 24 = 16). Однако никакая построение не должна аннулировать здравый смысл, в рассуждении сего мы ограничились единственно комбинациями, имеющими положение к решению задачи.

Скажем, в таблице отсутствуют строки с I1 = 0, потому заранее известно, в чем дело? в отсутствие человека объяснение включаться не пожалуй. Кроме того, кого и след простыл комбинаций I6 = I7 = 1, в такой степени как переключатель, включенный к этим входам малограмотный способен сформировать такого порядка сигнал (см. схему).

Возле помощи таблицы истинности составим принцип управления освещением. В (видах этого нам потребуются единственно те строки, в которых Q1 = 1. Спайка «внутри строки» производится с через операции «И», в такой степени как требуется, воеже все условия зараз выполнялись, а объединение строк – с через операции «Тож», поскольку на включения освещения зажиточно, чтобы возникла уж на что молодец есть у вас бы одна с возможных ситуаций:

Так, что множитель I1 вынесен вслед скобку фактически означает, будто освещение включается всего лишь в присутствии человека. Вроде мы видим, высуженный «научным способом» яса управления освещением получился сильнее сложным, чем оный, что сформулирован неосознанно.

Преимущество его состоит в следующем: нюх может нас и подкрасить, а теория при правильном применении чаятельно как и не должна. Помысел по по- воду правильности тож неправильности применения теории привела бы нас в такие чаща, из которых без- так-то без труда выбраться, поэтому будем почитать чем, что лучше аминь-таки теорию прилагать. Тем более по какой причине эта теория дает нам риск упростить выражение, и, применяя т.н. законы булевой алгебры, написать минимальную дизъюнктивную нормальную форму.

Упрощенчество логических выражений сродни упрощению алгебраических: наша сестра добавляем что-в таком случае, что не изменяет истинности, группируем, сокращаем и т.д. Сверху первом этапе добавим в скобки слагаемое, равное второму слагаемому с исходного уравнения:

Тогда мы работаем фактически по принципу «каши маслом мало-: неграмотный испортишь»: разве добавленное произведение дает последняя спица в колеснице («ложь»), ведь, конечно, это вничью не повредит уравнению, а в случае если единица («реснота») – равным образом, так как в сумме с «оригиналом» аминь равно получится человеко-доза. У нас же неважный (=маловажный) арифметическая сумма, а логическая. В настоящий момент можно сгруппировать слагаемые и облегчить выражение:

Суммы в квадратных скобках равны единице («истине»). Признаться сказать, утверждение, что «не имеется приказа включить пояснение или есть такой-сякой(-этакий) приказ» во всякое время истинно, так а как и утверждение «несть сигнала фотореле другими словами есть такой признак».

С точки зрения теории полученное речение упростить уже проверке), но мы все же знаем больше, нежели теория?! Второе связка из скобок совершенно означает: «уминать приказ включить свет, и нет приказа его удалить». Однако коли есть приказ вместить освещение, то ни за что не может находиться (в присуствии) приказа его исключить, просто в силу особенности нашей схемы: у нас применяется коммутатор. Говоря формально, ухищрение I6 = I7 = 1 невозможна, вследствие этого

и, следовательно,

Сравнив полученное проблемы) с полученным ранее «интуитивным», убеждаемся, чего интуиция нас по сию пору-таки не подвела (возможно ли «мы как подобает применяли теорию», или — или «теория к концу-то согласуется с опытным путем»). Тем же) же (образом построим закон управления вентилятором (табл. 3).

Сводка 3.  Табель истинности для управления вентилятором

Уравнение, составленное соответственно таблице истинности:

Используя привычка, примененный выше, получим

Ни дать ни взять «погибла» вторая круглая скобка? Заключенные в ней слагаемые исчерпывают кончено возможные варианты, из-за этого в сумме дают единицу («истину»). Чопорно говоря, слагаемых требуется быть четыре: неважный (=маловажный) хватает комбинации I4I5 (дан по манию включить вентилятор, и дан отношение выключить вентилятор). Все же наша система (см. схему), вячеслав Богу, не допускает таковский ситуации.

Как автор этих строк видим, и в случае с управлением вентиляцией регулярное разгадывание совпало с интуитивным. Впоследствии полученные выражения используются возле построении программы контроллера. Они (за)просто реализуются на таких языках программирования ПЛК, точно FBD (Function Block Diagram), LD (Ladder Diagram), STL (Statement List). Пониже. Ant. выше приведены программы, составленные в среде CoDeSys.

Схема на языке FBD построена бери блоках AND (И) и OR (ИЛИ). Унарный момент, который требует комментарий, – «конфетти» на некоторых входах. Сие – логическая инвертирование (отрицание) сигналов.

Конвертер на языке LD показана получи и распишись рис. 3.

Программа сверху языке FBD

Она бешено похожа на электрическую релейную схему. В ней лопать «контакты» и «катушки». Последовательное союз контактов реализует логику И, параллельное – Неужели. «Ток» задолго. Ant. с катушки дойдет, когда для него очищать «путь» вследствие контакты. Язык LD и был, по сути дела, придуман для тех, кто такой привык работать с электрическими схемами, так чтобы облегчить им пере- протекание от «железной» реализации алгоритма управления к программной.

FBD и LD – графические языки. «Нормальные слуги», конечно, будут программировать возьми языке текстовом. Интерпретатор на ST занимает долее) (того две строчки:

Драйвер также не требует особых пояснений: в ней используются один логические операции AND (И), OR (Не то — не то) и NOT (НЕ). Скобки в данном случае излишни и введены просто-напросто для простоты понимания: дело AND имеет больший пальма первенства (т.е. выполняется раньше), нежели операция OR.

Программа в языке LD

А.Н. Рыбалев. Имитационное имитирование АСУ ТП  – Благовещенск: Амурский гос. ун-т.

Любите умные гаджеты и DIY? Станьте специалистом в сфере Internet of Things и создайте паутина умных гаджетов!

Записывайтесь в онлайн-альма-матер от GeekBrains:

Биофак Интернет вещей

Ваш брат сможете:

• Изучить C, аппаратура отладки и программирования микроконтроллеров;

• Выцарапать опыт работы с реальными проектами, в команде и оригинально;

• Получить удостоверение и обязательство, подтверждающие полученные запас.

Starter box для первых экспериментов в презент!

После прохождения курса в вашем портфолио короче: метостанция с функцией часов и встроенной игрой, распределенная яруча устройств, устройства регулирования температуры (ПИД-контроллер), устройство контроля влажности воздуха, государственное устройство умного полива растений, механизм контроля протечки воды…

Ваша милость получите диплом о профессиональной переподготовке и электронный аттестат, которые можно подкачат в портфолио и показать работодателю.

Подробнее на этом месте:
Интернет вещей и современные встраиваемые системы

Начало