На сварочной установке (рис. 1) производится сварка двух предварительно собранных деталей с помощью кольцевого шва. Доставка деталей к сварочному автомату осуществляется манипулятором, который забирает их с входного транспортёра, а после сварки манипулятор подаёт изделие на выходной транспортёр.

Работа манипулятора производится по циклу, который описывается следующим образом. В исходном положении механизм захвата и зажимного устройства находятся в разжатом состоянии, консоль, на которой расположен захват, вдвинут. При включении установки консоль выдвигается, и детали оказываются в зоне захвата. После захвата деталей и вдвижение консоли манипулятор поворачивается на 90° по часовой стрелке к вращателю и выдвигает консоль. Механизм захвата разжимается, и детали оказываются на вращателе. Затем одновременно происходит зажатие деталей и вдвижение консолей. Вращатель начинает движение. В этот же момент зажигается дуга и начинается сварка кольцевого шва с перекрытием на 3-5є. После окончания сварки вращатель в обратном направлении возвращается в исходное положение. Затем осуществляется разжатие деталей с одновременным выдвижением консоли. Деталь захватывается, консоль вдвигается, манипулятор поворачивается на 90° по часовой стрелке к выходному транспортёру, выдвигает консоль, механизм захвата разжимается, и деталь по транспортёру идёт к следующему рабочему месту. Консоль вдвигается, манипулятор по часовой стрелке возвращается в исходное положение. Цикл завершается.

Рис. 1. Кинематическая схема сварочной установки.

1.2 Описание условно графических обозначений

Анализ циклограммы проводится для описания ее уравнениями алгебры логики. Для анализа сигналов будем выделять фрагменты циклограммы, включающий анализируемый командный сигнал в комбинации с управляющими сигналами и с учетом их взаимного расположения относительно друг друга в цикле работы установки. При составлении, в каждое из уравнений для повышения невосприимчивости схемы к действию внутренних и внешних случайных воздействий будем вводить «помехозащитный» сигнал ПЦ.

3.1 Сигнал ПЦ

Сигнал ПЦ не описывается однозначно уравнением алгебры логики, т. К. время действия кнопки КнП не определенное (рис. 2). Для этого применяем элемент памяти в виде RS-триггера. Тогда сигнал установки памяти

S = КнП * К_вдв * К_осв * К_исх * К_разж * К_нач ,

а сигнал сброса памяти

R = СПЦ.

3.2 Сигнал Выдв

Команда Выдв включается четыре раза на протяжении цикла. Рассмотрим каждое включение последовательно. Сигнал ПЦ включает команду Выдв, а сигнал К_выдв выключает ее. Отсюда выходной сигнал команды Выдв действует, когда одновременно присутствует сигнал ПЦ, К_разж и отсутствует сигнал К_выдв , К_{90 ,} К₁₈₀ (присутствует инверсный сигнал К_{выдв ,} К_{90 ,} К₁₈₀). Такому сочетанию сигналов соответствует уравнение алгебры логики

Выдв =(ПЦ+ К₉₀ + К_разж + К₁₈₀)* К_выдвт (1)

Рис. 3. Фрагмент циклограммы с управлением сигнала Выдв.

После выдвижения происходит захват деталей и консоли вдвигаются, отключая концевой выключатель К_выдв. Таким образом, восстанавливается условие одновременного присутствия сигналов прямого ПЦ и инверсного К_выдв и поступает ложная команда на выдвижение консолей.

Эту проблему можно решить введением дополнительного сигнала, который должен действовать с момента отключения сигнала К_выдв до конца цикла, чтобы в дальнейшем перекрыть сигнал ПЦ. Обозначим этот дополнительный сигнал П1 (память П1). П1 можно включить в любой момент после начала действия команды Выдв, но до отключения К_выдв, каким-нибудь концевым выключателем. Включим П1 сигналом К_захв, а выключим сигналом ПЦ. Таким образом, после отключения сигнал команды Выдв отсутствует, пока действует либо сигнал К_выдв, либо сигнал П1. Тогда уравнение будет иметь следующий вид

Выдв =(ПЦ * П1+ К₉₀ + К_разж + К₁₈₀)* К_выдв (2)

Повторное включение команды Выдв происходит в тот момент, когда появляется сигнал К₉₀, который включает команду Выдв. Сигнал К_выдв выключает ее. Отсюда выходной сигнал команды Выдв действует, когда одновременно присутствует сигнал К₉₀ , ПЦ, К_разж , инверсный П1 и отсутствует сигнал К_выдв , К₁₈₀ (присутствует инверсный сигнал К_выдв и прямой К₁₈₀). Такому сочетанию сигналов соответствует уравнение алгебры логики (2).

После выдвижения происходит захват деталей и консоли вдвигаются, отключая концевой выключатель К_выдв. Таким образом, восстанавливается условие одновременного присутствия сигналов прямого К₉₀ и инверсного К_выдв и поступает ложная команда на выдвижение консолей.

Эту проблему можно решить введением дополнительного сигнала, который должен действовать с момента отключения сигнала К_выдв до конца действия сигнала К₉₀. Обозначим этот дополнительный сигнал П2 (память П2). П2 можно включить в любой момент после начала действия команды Выдв, но до отключения К_выдв, каким-нибудь концевым выключателем. Включим П2 сигналом К_осв, а выключим сигналом К_осв. Таким образом, после отключения сигнал команды Выдв отсутствует, пока действует либо сигнал К_выдв, либо сигнал П2. Тогда уравнение будет иметь следующий вид

Выдв =(ПЦ * П1+ К₉₀ * П2 + К_разж + К₁₈₀)* К_выдв (3)

Следующее включение команды Выдв происходит в тот момент, когда включается сигнал К_разж, который включает команду Выдв. Сигнал К_выдв выключает ее. Отсюда выходной сигнал команды Выдв действует, когда одновременно присутствует сигнал К₉₀ , ПЦ, К_разж , инверсный П1 и П2, отсутствует сигнал К_выдв , К₁₈₀ (присутствует инверсный сигнал К_выдв и прямой К₁₈₀). Такому сочетанию сигналов соответствует уравнение алгебры логики (3). После выдвижения происходит захват деталей и консоли вдвигаются, отключая концевой выключатель К_выдв. Таким образом, восстанавливается условие одновременного присутствия сигналов прямого К_разж и инверсного К_выдв и поступает ложная команда на выдвижение консолей.

Эту проблему можно решить введением условия, при котором должна действовать команда Выдв. Команда Выдв будет действовать только тогда , когда включается сигнал К_разж, действует прямой сигнал Доп3 и нет сигнала К_выдв. Тогда уравнение будет иметь следующий вид

Выдв =(ПЦ * П1+ К₉₀ * П2 + К_разж * Доп3+ К₁₈₀)* К_выдв (4)

Следующее включение команды Выдв происходит в тот момент, когда включается сигнал К₁₈₀, который включает команду Выдв. Сигнал К_выдв выключает ее. Отсюда выходной сигнал команды Выдв действует, когда одновременно присутствует сигнал К₁₈₀, ПЦ, К_разж , инверсный П1 и П2, отсутствует сигнал К_выдв , К₉₀, Доп3 (присутствует инверсный сигнал К_выдв и прямой К₉₀, Доп3). Такому сочетанию сигналов соответствует уравнение алгебры логики (4).

После выдвижения происходит захват деталей и консоли вдвигаются, отключая концевой выключатель К_выдв. Таким образом, восстанавливается условие одновременного присутствия сигналов прямого К₁₈₀ и инверсного К_выдв и поступает ложная команда на выдвижение консолей.

Эту проблему можно решить введением условия, при котором должна действовать команда Выдв. Команда Выдв будет действовать только тогда, когда включается сигнал К₁₈₀, действует прямой сигнал П2 и нет сигнала К_выдв. Тогда уравнение будет иметь следующий вид

Выдв =(ПЦ * П1+ К₉₀ * П2 + К_разж * Доп3+ К₁₈₀ * П2)* К_выдв (5)

3.3 Сигнал Вдв

Выделим фрагмент циклограммы (рис. 4), включающий сигнал Вдв в комбинации с управляющими сигналами К_захв, К_осв, К_вдв. Сигналы К_захв и К_осв включает команду Выдв, а сигнал К_вдв выключает ее. Отсюда выходной сигнал команды Вдв действует, когда одновременно присутствует сигнал К_захв или К_осв и отсутствует сигнал К_вдв (присутствует инверсный сигнал К_вдв). Такому сочетанию сигналов соответствует уравнение алгебры логики

Вдв = (К_захв + К_осв) * К_вдв.

Рис. 4. Фрагмент циклограммы с управлением сигнала Вдв.

Однако полученное уравнение не может адекватно описывать действие сигнала Вдв, так как при отключении К_вдв сигнал К_захв (при первом включении Вдв) и сигнал К_осв (при втором включении Вдв) продолжает действовать и подается ложная команда на вдвижение консолей.

Эту проблему можно решить следующим образом. Ввести условие, что сигнал К_захв включает команду Вдв только при отсутствии сигнала Доп2, а сигнал К_осв включает команду Вдв только при наличии сигнала Доп2.

Тогда уравнение, адекватно описывающее команду Вдв, имеет следующий вид

Вдв = (К_захв * Доп2 + К_осв * Доп2) * К_вдв * ПЦ.

3.4 Сигнал Захв

Описание команды Захв не составляет труда, так как сигнал от этой команды существует только тогда, когда существует сигнал Доп1 (см. рис. 2). Уравнение алгебры логики имеет следующий вид

Захв = Доп1 * ПЦ.

3.5 Сигнал П90

Выделим фрагмент циклограммы (рис. 5), включающий сигнал П90 в комбинации с управляющими сигналами Доп2, К_{90 ,} К₁₈₀. Сигнал Доп2 включает команду П90, а сигнал К₉₀ и К₁₈₀ выключает ее. Отсюда выходной сигнал команды П90 действует, когда одновременно присутствует сигнал Доп2 и отсутствует сигнал К₉₀ и К₁₈₀ (присутствует инверсный сигнал К₉₀ и К₁₈₀). Такому сочетанию сигналов соответствует уравнение алгебры логики

П90 = Доп2 * К₉₀ * К₁₈₀

Рис. 5. Фрагмент циклограммы с управлением сигнала П90.

Однако при повторном включении команды П90, можно видеть, что все еще действует сигнал К₉₀. Поэтому сигнал Доп2 не дойдет до команды, пока не выключится сигнал от К₉₀. Эту проблему можно решить с помощью сигнала П2. Таким образом, сигнал К₉₀ будет отключать команду П90 только в том случае, если действует сигнал П2. В результате уравнение примет следующий вид

П90 = Доп2 * К₁₈₀ (К₉₀ + П2) * ПЦ.

3.6 Сигнал Заж

Выделим фрагмент циклограммы (рис. 6), включающий сигнал Заж в комбинации с управляющими сигналами К_осв, К_заж. Сигнал К_осв включает команду Заж, а сигнал К_заж выключает ее. Отсюда выходной сигнал команды Заж действует, когда одновременно присутствует сигнал К_осв и отсутствует сигнал К_заж (присутствует инверсный сигнал К_заж). Такому сочетанию сигналов соответствует уравнение алгебры логики

Заж = К_осв * К_заж.

Рис. 6. Фрагмент циклограммы с управлением сигнала Заж.

Однако полученное уравнение не может адекватно описывать действие команды Заж, так как при отключении сигнала К_заж сигнал К_осв все еще действует, а, следовательно, будет дана ложная команда на зажатие деталей.

Решим эту проблему, введя следующее условие. Сигнал К_осв будет включать команду Заж только в том случае, если включен сигнал П3.

Тогда уравнение, адекватно описывающее команду Заж, имеет следующий вид

Заж = К_осв * П3 * К_заж * ПЦ.

3.7 Сигнал Разж

Выделим фрагмент циклограммы (рис. 7), включающий сигнал Разж в комбинации с управляющими сигналами К_нач, К_разж. Сигнал К_нач включает команду Разж, а сигнал К_разж выключает ее. Отсюда выходной сигнал команды Разж действует, когда одновременно присутствует сигнал К_нач и отсутствует сигнал К_разж (присутствует инверсный сигнал К_разж). Такому сочетанию сигналов соответствует уравнение алгебры логики

Разж = К_нач * К_разж.

Однако полученное уравнение не может адекватно описывать действие команды Разж, так как при отключении сигнала К_разж сигнал К_нач все еще действует, а, следовательно, будет дана ложная команда на разжатие деталей.

Эту проблему можно решить введением дополнительного сигнала, который должен либо действовать с момента отключения сигнала К_разж до тех пор, пока не потребуется повторное включение команды Разж, либо включаться после отключения сигнала К_нач. Обозначим этот дополнительный сигнал Доп3. Включим Доп3 сигналом К_пер, а выключим сигналом К_выдв. Таким образом сигнал К_нач включит команду Разж только при условии, что действует сигнал Доп3.

Рис. 7. Фрагмент циклограммы с управлением сигнала Разж.

Тогда уравнение, адекватно описывающее команду Разж, имеет следующий вид

Разж = К_нач * К_разж * Доп3 *ПЦ.

3.8 Сигнал Вращ

Выделим фрагмент циклограммы (рис. 7), включающий сигнал

Вращ в комбинации с управляющими сигналами К_заж, К_пер. Сигнал К_заж включает команду Вращ, а сигнал К_пер выключает ее. Отсюда выходной сигнал команды Вращ действует, когда одновременно присутствует сигнал К_заж и отсутствует сигнал К_пер (присутствует инверсный сигнал К_пер). Такому сочетанию сигналов соответствует уравнение алгебры логики

Вращ = К_заж * К_пер.

Однако полученное уравнение не может адекватно описывать действие команды Вращ, так как при отключении сигнала К_пер сигнал К_заж все еще действует, а, следовательно, будет дана ложная команда на вращение.

Эту проблему можно решить, используя сигнал Доп3. Тогда К_заж включит команду Вращ только при условии, что действует инверсный сигнал Доп3.

Рис. 8. Фрагмент циклограммы с управлением сигнала Вращ.

Тогда уравнение, адекватно описывающее команду Вращ, имеет следующий вид

Вращ= К_заж * К_пер * Доп3 * ПЦ.

3.9 Сигнал Возвр

Описание команды Возвр не составляет труда, так как сигнал от этой команды существует тогда, когда одновременно действует сигнал Доп3 и отсутствует сигнал К_нач (присутствует инверсный сигнал К_нач) (см. рис. 2). Уравнение алгебры логики имеет следующий вид

Возвр = Доп3 * К_нач * ПЦ.

3.10 Сигнал П180

Выделим фрагмент циклограммы (рис. 9), включающий команду П180 в комбинации с управляющими сигналами К_вдв, К_исх. Сигнал К_вдв включает П180, а сигнал К_исх выключает ее. Отсюда выходной сигнал команды П180 действует, когда одновременно присутствует сигнал К_вдв и отсутствует сигнал К_исх (присутствует инверсный сигнал К_пер). Такому сочетанию сигналов соответствует уравнение алгебры логики

П180 = К_вдв * К_исх.

Однако полученное уравнение не может адекватно описывать действие команды П180, так как К_вдв , в течении цикла, включается 4 раза, что приводит к ложному сигналу на включение команды П180. Эту проблему можно решить, используя сигнал П4. Тогда К_вдв включит команду П180 при условии действия сигнала П4.

Рис. 9. Фрагмент циклограммы с управлением сигнала П180.

Тогда уравнение, адекватно описывающее команду П180, имеет следующий вид

П180 = К_вдв * П4 * К_исх

3.11 Сигнал СПЦ

Выделим фрагмент циклограммы (рис. 10), включающий сигнал СПЦ в комбинации с управляющими сигналами К_исх, ПЦ. Сигнал К_исх включает СПЦ, а сигнал ПЦ выключает ее. Отсюда выходной сигнал СПЦ действует, когда одновременно присутствует сигнал К_исх и присутствует сигнал ПЦ. Такому сочетанию сигналов соответствует уравнение алгебры логики

СПЦ = К_исх * ПЦ.

Однако полученное уравнение не может адекватно описывать действие сигнала СПЦ, так как сигнал К_исх изначально был включен, а значит, как только появится сигнал ПЦ, будет дана ложная команда на сброс памяти цикла.

Эту проблему можно решить, используя сигнал П4. Тогда сигнал К_исх включит сигнал СПЦ только при условии, что действует сигнал П4.

Рис. 10. Фрагмент циклограммы с управлением сигнала СПЦ.

Тогда уравнение, адекватно описывающее команду СПЦ, имеет следующий вид

СПЦ = К_разж * ПЦ * П4.

3.12 Дополнительные сигналы

Для получения дополнительных сигналов используем элементы памяти в виде триггеров, управляемых сигналами установки S и сброса R. Дополнительные сигналы, используемые в циклограмме, сведем в табл. 1, где также укажем сигналы S и R дополнительного сигнала.

Таблица 1 Дополнительные сигналы и сигналы их установки

4. Построение принципиальной релейной схемы управления