关键字 |
| 算法状态机(ASM)，状态转换表(STT)， ROM，链接状态机。 |
介绍 |
| 工业智能表明，工业过程系统的设计应表现出明确的自动化水平，应确保:- |
| ï ·所涉及过程的准确监控。 |
| ï ·故障时的自我诊断。 |
| 在设计智能过程控制系统时，可以采用多种设计方法。系统内置的智能水平决定了机器的复杂性，这决定了最合适的使用方法。 |
| 一个简单的基于微控制器的设计可以实现非常好的自动化和智能水平，但会导致很多复杂的更高水平的智能。简化复杂系统设计的一个好方法是将系统分解为许多更小的系统(或模块)，这些系统可以连接在一起以给出所需的系统。 |
2典型的过程控制系统: |
| 考虑一个正在设计的系统，其中感兴趣的参数是资源水平和温度。该过程控制系统预计将配备基于微控制器的液位和温度控制系统以及自动自诊断功能。该系统预计将服务于一个工业设施，其中一个水库水箱供应一个给水罐，现在可以在给定的温度下分配或收集水。如上所述，系统应该配备某种程度的智能，以便在流程流中发生故障时进行检测，甚至建议可能的解决方案。也就是说，它将具有自我诊断能力。 |
| 上述系统的控制算法由图1的ASM图表示。图1 ASM图中的矩形方框为状态方框，每个方框的侧面用圆形铭文数字表示状态名称。其他形式的输出如长方形框所示，如UMDLTRG、VLVTST1、HTRTSTTRG和UTNKTRG是条件输出，每个都触发一个可重新触发的单稳态计时器，其输出在所需的时间间隔内为HIGH。实际上，图1的ASM图有六个状态输出，分别是UTNKEMPTY、HVALVE 1、VLV1FLT、加热器和HVALVE 2。除了输出，它还有四个条件输出，即:- UTNKTRG, UMDLTRG, VLV1TST和HTRTSTTRG。在这一点上，重要的是要注意，正是基于这四个条件输出，该控制系统的智能和自我诊断功能才得以确定。 |
| 图1为过程控制系统的ASM图，状态之间的链接路径清晰可见。系统的状态码是在状态图的帮助下生成的，如下表1a和1b所示。 |
| 注意:借助karnaugh映射，通过在相邻的单元格中连续插入状态名来获得状态映射，这些单元格的代码被选择为当一个从控制系统的一种状态进入另一种状态时，只有一位改变级别，如表1b所示的最终状态分配。 |
3智能系统的状态转换表 |
| 如前所述，每个ASM图都有一个等效的表格表示，称为状态转换表(STT)。智能控制系统状态转换表如表2所示。这是图1的ASM图中包含的信息的表格表示。通常，表列标题下的每个数据行都对应一个链接路径。实际上，就像28个链接路径完全描述ASM图一样，STT也有28个数据行，每个链接路径一行。 |
| 上述系统的状态转换表有8个主要列，如下所示 |
| 1.以l1到L28为特征的链接路径列。 |
| 2.输入限定列;Utnkl, utnkrst, umdl, ltnkl, vlvtm, ltnkmdl, vlv1rst, templ, htrtime, tmpmdl, htrrst, utemp |
| 3.以ST0到ST10为特征的当前州名。 |
| 4.目前的州代码为DCBA= 0000,0001, 0011等。 |
| 5.从ST0到ST10的NEXT状态名。 |
| 6.以D ' c ' b ' a '为特征的NEXT州代码=0001,0011,0001,0000等。 |
| 7.状态输出;- utnkempty, hvlve1, vlv1flt，加热器，htrflt, hvalve 2。 |
| 8.条件输出;- UTNKTRG, UMDLTRG, VLV1TST和HTRTSTTRG。 |
四、智能系统全扩展状态转换表 |
| 表1的STT在以输入限定符为首的列下包含许多破折号。这些破折号通常意味着两件事:- |
| 1.该列上方的输入限定符与在出现破折号的链接路径中进行的转换无关。 |
| 2.虚线上方的输入限定符标题可能在逻辑0处，而不影响该关键时刻的控制过程。 |
| 抛开上面的设计含义不考虑，考虑到为ROM编程，需要将所有(地址)输入包括限定符定义为0或1，并将none定义为破折号，在设计中容纳所有可能的逻辑值组合是很重要的。 |
| 表4.9的状态转换表(STT)将被完全展开，当每行上的所有破折号都给出所有可能的逻辑值组合时，STT中会产生新行，该行上破折号的每个逻辑值组合对应一个新行。这里的含义是，要完全展开系统的状态转换表，总共需要46080行 |
| Ie。= (210 × 11) + (211 × 17) |
| = (1024 × 11) + (2048 × 17) |
| = 11264 + 34816 |
| 所需行数= 46080 |
| 这需要手动处理大量的行，当然，使用这种方法设计的C类机器非常复杂。即使使用软件方法生成行并获得扩展的STT，结果机器的复杂性也将使其容易出现可能且不可避免的设计错误，以及难以维护性。 |
五、链接状态机方法 |
| 可以将图1 ASM图所代表的C类复杂机器分解为A类更简单的机器，再将简单机器连接在一起，实现原复杂机器的整体运行。本机可分为以下三个简单的机器 |
| 1.上部油箱控制系统。 |
| 2.下罐控制系统。 |
| 3.加热器控制系统。 |
| 这三种简单的机器现在都可以完全自动化和智能地处理诊断功能。然后，这三者可以连接在一起，以实现早期构思的复杂机器的全面运行。 |
六、上部油箱控制系统 |
| 上部储罐控制系统用于监控上部储罐的状态，以便在需要时不断向下部分配罐提供资源。因此，预计系统应该能够监测控制其供应的阀门的状态，并报告最终的故障情况，还知道何时向下部罐供应资源。子系统的控制算法由图2的ASM图表示，其中包括链路路径。 |
| 图2显示了上油箱控制单元作为原始复杂系统的子单元的ASM图表示。 |
7上部油箱控制系统的状态转换表 |
| 上部油箱控制系统的状态转换表，这是图2 ASM图的等效表格表示，在表2中开发了必要的列。 |
8上罐控制扩展状态转换表: |
| 通常，对于基于ROM的设计方法，上面的STT用于上槽控制，应该根据输入限定符的输出扩展以适应系统的所有可能状态。表3显示了到链路路径L5的上部油箱控制的扩展STT |
9上层储罐控制子系统的链路路径可寻址ROM结构 |
| 在STT扩展中获得了上部油箱控制系统的位置地址和位置内容后，现在可以使用链路路径可寻址ROM结构模型来实现上部油箱控制系统的硬件实现，方法是将Location Address (HEX)下的值设置为ROM Address，并在每个地址中存储Location Content (HEX)列下的相应值。 |
| 图3以方框图的形式展示了上层储罐控制系统硬件实现的链路路径可寻址ROM结构: |
| 对于下部罐控制系统以及加热器控制系统重复6、7、8和9中的相同过程。这意味着开发了控制算法、算法状态机[ASM]图、状态转换表(STT)以及用于下部水箱和加热器系统的完全扩展的STT，并从那里设计了用于硬件实现的链路路径可寻址ROM结构。 |
十、下部油箱控制系统的控制算法 |
| 下部油箱控制系统与上部油箱控制系统相连接，这样它就足够智能，知道什么时候它的资源耗尽，需要由上部油箱提供。为了能够做到这一点，它配备了足够的智能来监控上部油箱的状态以及自己的状态。它还具有控制供应阀门的打开和关闭的能力，从而达到这一效果，并能够对阀门的状况进行诊断检查。实现这些特性的控制算法如图4中的ASM图所示 |
| 图4显示了下油箱控制单元作为原始复杂系统的子单元的ASM图表示。还指出了连接构成子系统逻辑操作的各种状态和链接路径。 |
西状态转换表下罐控制 |
| 从图4的ASM图中，得到下槽控制的STT，如表4所示。STT得到了扩展，硬件的实现与上槽控制完全一样，使用了链路路径可寻址ROM结构模型。 |
十二。加热器控制系统; |
| 一旦下部储罐准备好了资源，整个系统的控制就转移到工艺的加热部分。加热器控制系统与其他子系统一样，具有足够的智能和自诊断功能，以确保加热器始终处于良好的工作状态。为此，加热器控制系统的控制算法如图5所示ASM图，状态转换表如表5所示。 |
| 图5显示了加热器控制单元作为正在设计的原始复杂系统的子单元的ASM图表表示。 |
| 将三个子系统开发为三个独立的简单机器，每个都完全配备了足够的智能和自我诊断功能，以确保原始复杂系统的完整功能，现在这三个简单机器可以连接在一起，作为一个完整的系统运行。结果链接状态机的框图如图6所示。 |
| 图6显示了最终系统的框图，三个简单的子系统在逻辑上连接在一起，以实现最初预期的系统。 |
十四。结论 |
| 给出了复杂工业过程控制系统的详细设计方法，说明了如何在设计中简化机器的复杂性。控制系统功能特性的增加增加了这种系统的复杂性，在这种情况下，可以将这种机器分解为更简单的机器的子系统，现在可以将它们连接在一起，以实现最初预期系统的全部潜力。 |
| 作者给出了一个详细的例子，说明在一个典型的过程控制系统中，如何通过单独的简单控制系统来监视和控制给定的感兴趣的参数，这些简单控制系统现在被连接在一起，形成一个完整的过程控制系统。 |
| 虽然过程控制系统设计中的链接状态机方法建议开发具有更高生产成本和资源使用的多个系统，但它是处理机器复杂性的非常有效的方法，这将是非常难以处理的 |
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