Классический алгоритм синтеза дискретного автомата

1) Словесное описание алгоритма работы автомата.

2) Формализация.

3) Составление таблицы состояния.

4) Формирование логических функций по таблице состояний. Допустим, требуется формировать две команды (две функции управления): U1 и U2.Для единичных состояний U1, U2 по таблице состояний выписывают функции (формулы) в совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ).

5) Следующим действием является минимизация полученных формул. Ситуации, связанные с реализацией памяти из минимизации исключаются, но не из конечного результата.

6) Составляют структурную схему автомата с памятью или без памяти, без привязки её к конкретным аппаратно-программным средствам.

7) Структурные упрощения схемы, основанные на учёте одинаковых элементов в разных каналах управления.

8) Разработка дополнительных алгоритмов (блоков) с учётом реальных ситуаций и условий эксплуатации.

9) Привязка структурной схемы автомата к конкретным аппаратно-программным средствам, т.е. к конкретному контроллеру и локальной сети контроллеров. Распределение информации по группам: входная, выходная, промежуточная, команды, информация для хранения, информация, выдаваемая через УСО и представляемая оператору, текущая информация, включая контрольные точки для наладки программы. Уточняется, что и в каком виде выдаётся на светодиоды, цифровые индикаторы, что поступает на ПЭВМ, какие команды и настройки могут поступать с ПЭВМ.

10) Организация связи с верхним уровнем (со SCADa системой).

11) Проверка работы программы на лабораторном стенде с использованием имитатора аналоговых и дискретных сигналов или с использованием эмулятора, или на реальном объекте управления.

12) Устранение выявленных ошибок и недостатков (в алгоритмах, программах, схемах подключения, организации работы).

13) Оформление документации на систему контроля и управления.

14) Защита работы.

Анализ таблицы 19 показал, что первая ситуация и девятая по состоянию входных переменных полностью совпадает, но отличаются управлением по второму каналу. В таблице 19 представлены не все возможные ситуации (всего ситуаций 2⁴ =16), цель рассмотреть типовые ситуации и показать один из путей решения поставленной задачи. Таким образом, по второму каналу управления для этой ситуации требуется реализовать память. Вначале синтезируется автомат без памяти, поэтому девятую строку удаляем. Вторая ситуация и шестая полностью совпадают, как по состоянию входных переменных, так по состоянию команд управления, т.е. шестая дублирует вторую. Поэтому шестую строку тоже удаляем.

Выписываем совершенные дизъюнктивные нормальные функции дискретного управления: U1 и U2. По данным функциям строим дискретный автомат без привязки к конкретным аппаратным и программным средствам (рис.39). Для минимизации используем операцию склеивания.

 

 

Таблица 5 Таблица состояний

N ситуации	Входные переменные	Команды
X1	X2	X3	X4	U1	U2
1
2
6
9

Рис. 39 Структурная схема дискретного автомата

 

 

Операция склеивания. Для приведения булевой функции к сокращенной ДНФ используется так называемое правило склеивания(или операция склеивания). Рассмотрим суть операции склеивания на примере двух переменных. Логическую сумму двух элементарных конъюнкций, отличающихся только знаком отрицания переменной Х2, можно заменить одной элементарной конъюнкцией, которая является общей частью рассматриваемых слагаемых. Рассмотрим на примере двух переменных

Для минимизации можно использовать карты Карно (см. приложение А, п.7.7).

По таблице состояний (таблице истинности) получим функции управления в совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ). Произведём минимизацию функций с помощью операции склеивания.

 

В нашем случае первый и четвёртый члены логической функции U1 склеиваются по переменной Х2, по переменной Х4 склеиваются члены второй и пятый. По Х2 склеиваются 6-й и 7-й члены.

 

 

Рис. 40 Структурная схема дискретного автомата без привязки к конкретным аппаратным и программным средствам

Рассмотрим ещё одну таблицу состояний (Таблица 6). Синтезируем простой автомат, без памяти. По таблице состояний выписываем совершенные дизъюнктивные нормальные формы (СДНФ). Минимизацию полученных выражений производим с помощью операции склеивания.

 

Таблица 6

Номер ситуации	Входные переменные	Команды
X1	X2	X3	X4	U1	U2	U3

 

Составим функции дискретного управления.

 

Для лучшей читаемости программы введём обозначения. Первый член в функции U1 обозначим U11= . Второй член этой же функции обозначим U12= и т.д. Обратите внимание: эти же обозначения используются и в программе 1 дискретного автомата (рис.41).

По всем четырём дискретным каналам реализована защита от «дребезга» и случайного кратковременного исчезновения сигнала. Например, по первому каналу защита реализована с помощью двух алгоритмов ТМР (алгоблок 7 и 8) и триггера (первый триггер в алгоблоке 15). Программная реализация защиты по дискретному каналу рассматривалась ранее (см. рис.10).

Программа 1 дискретного автомата

Рис. 41 Программа 1 дискретного автомата

 

 

Имя схемы: AVT-RIS40.rem

Дата создания отчета: 8/10/2009(САБ или СН)

 

С И С Т Е М Н Ы Е П А Р А М Е Т Р Ы:

 

Системный номер контроллера: 3

Модель контроллера: Логическая

Комплектность УСО группы А: 8 ан.вх. и 2 ан.вых.(1)

Комплектность УСО группы Б: 8 д.вх. и 8 д.вых.(5)

Временной диапазон контроллера: Младший(Сек/Мин)

Время цикла: 0.2 сек.

А Л Г О Р И Т М Ы И К О Н Ф И Г У Р А Ц И Я:

Таблица 7

Ал.б.	Алгоритм	Мод	Вход	Значение	Источник
			N Имя		Ал.б. Выход
	ВДБ(10)
	ИЛИ(72)
			1 C11		5 1(D1)
			2 С21
			3 C12		5 2(D2)
			4 С22
			5 C13		5 3(D3)
			6 С23
			7 C14		5 4(D4)
			8 С24
	ТМР(81)
			1 Сст
			2 Ссбр	инверсия	6 1(D1)
			3 T1
	ТМР(81)
			1 Сст
			2 Ссбр		6 1(D1)
			3 T1
	ТМР(81)
			1 Сст
			2 Ссбр	инверсия	6 2(D2)
			3 T1
	ТМР(81)
			1 Сст
			2 Ссбр		6 2(D2)
			3 T1
	ТМР(81)
			1 Сст
			2 Ссбр	инверсия	6 3(D3)
			3 T1
	ТМР(81)
			1 Сст
			2 Ссбр		6 3(D3)
			3 T1
	ТМР(81)
			1 Сст
			2 Ссбр	инверсия	6 4(D4)
			3 T1
	ТМР(81)
			1 Сст
			2 Ссбр		6 4(D4)
			3 T1
	ТРИ(76)
			1 Cs1		7 2(D1)
			2 Cr1		8 2(D1)
			3 Cs2		9 2(D1)
			4 Cr2		10 2(D1)
			5 Cs3		11 2(D1)
			6 Cr3		12 2(D1)
			7 Cs4		13 2(D1)
			8 Cr4		14 2(D1)
			9 Cs5
			10 Cr5
	МНИ(71)
			1 C1		15 1(D1)
			2 C2	инверсия	15 2(D2)
			3 C3		15 3(D3)
	МНИ(71)
			1 C1		15 1(D1)
			2 C2	инверсия	15 2(D2)
			3 C3	инверсия	15 3(D3)
			4 C4		15 4(D4)
	МНИ(71)
			1 C1	инверсия	15 1(D1)
			2 C2		15 2(D2)
			3 C3		15 3(D3)
			4 C4	инверсия	15 4(D4)
	МИЛ(73)
			1 C1		16 1(U11)
			2 C2		17 1(U12)
			3 C3		18 1(U13)
	МНИ(71)
			1 C1		15 1(D1)
			2 C2		15 2(D2)
			3 C3	инверсия	15 3(D3)
			4 C4		15 4(D4)
	МИЛ(73)
			1 C1		15 1(D1)
			2 C2	инверсия	15 2(D2)
			3 C3		15 3(D3)
			4 C4		15 4(D4)
	МНИ(71)
			1 C1	инверсия	15 1(D1)
			2 C2		15 2(D2)
			3 C3		15 3(D3)
	МИЛ(73)
			1 C1		20 1(U21)
			2 C2		21 1(U22)
			3 C3		18 1(U13)
	МИЛ(73)
			1 C1		16 1(U11)
			2 C2		18 1(U13)
			3 C3		22 1(U33)
	ДИК(04)
			1 С1		15 1(D1)
			2 С2		15 2(D2)
			3 С3		15 3(D3)
			4 С4		15 4(D4)
			5 С5
			6 С6		19 1(U1)
			7 С7		23 1(U2)
			8 С8		24 1(U3)
	ДВБ(14)
			1 C1		19 1(U1)
			2 C2		23 1(U2)
			3 C3		24 1(U3)

 

Структурная минимизация

Обращается внимание студентов, что в функции управления U₁ и U₂ имеются одинаковые члены: . Поэтому набирается (программируется) только одно слагаемое и потом это значение используют (рапараллеливают) при формировании функции U₂. Аналогичное упрощение производим с сигналом , который присутствует в U₁ и в U₃. Сигнал с алгоблока 17, где формируется это слагаемое, распараллеливается на канал U₁ и на канал U₃. Такие упрощения назовём структурными (структурная минимизация).