Структура системы типа CNC
Упрощенная типовая структура многопроцессорной СЧПУ класса CNC приведена на рис.10. Рисунок 10 - Упрощенная структура системы ЧПУ типа CNC
1. МикроЭВМ, которая в совокупности с необходимым ПрО реализует заданный алгоритм работы станка. Ее стандартная архитектура включает следующие субблоки. ЦП – центральный процессор, обслуживает внешние устройства ввода – вывода, вычисляет траекторию и скорость перемещения подвижных органов станка, решает задачи управления приводами, организует выполнение стандартных технологических циклов, осуществляет ввод и редактирование УП. ОЗУ – как правило с сохранением информации после отключения электропитания на ограниченный срок (3 – 4 дня), за счет энергии специального аккумулятора. Предназначено для хранения УП, разработанной технологом–программистом, значений размерной привязки инструмента (величин корректоров), смещение нулей и пр. Часть ОЗУ ЦП использует для временного хранения промежуточных данных при проведении вычислений. Основной недостаток ОЗУ – это энергозависимость. Хранимая в нем информация теряется даже при кратковременных сбоях электропитания. Поэтому во всех ЭВМ используется не только ОЗУ, но и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), которое не теряет информации при выключении питания. ПЗУ – это устройство, в котором информация записана раз и навсегда в процессе изготовления самой БИС. Предназначено для хранения основной части ПрО, запись которой выполняется на заводе–изготовителе систем ЧПУ. Станкозавод оставляет за собой право изменить и модифицировать станки в процессе производства. Например, тип приводов станка, 6 или 12 позиционная резцовая головка, ось которой имеет вертикальное и горизонтальное направление и пр. ППЗУ (программируемые постоянные запоминающие устройства) предназначены для записи той части ПрО, которая учитывает эти особенности. В настоящее время в конструкциях систем ЧПУ, все большее предпочтение отдается СППЗУ – стираемое перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство, запись и стирание информации, в которое может производиться на сравнительно простой установке, в условиях лаборатории завода, где установлен станок с данной системой ЧПУ. МикроЭВМ, с помощью test программы постоянно контролирует работу всех блоков УЧПУ, а также свою собственную исправность 2.Канал обмена информацией - типа «общая шина» является простой быстродействующей системой связей, соединяющий центральный процессор, память и все внешние устройства (ВУ). Канал состоит из нескольких десятков линий связи, часть из которых двунаправленные. Это означает, что по одним и тем же линиям информация может, как приниматься, так и передаваться. Связь между двумя устройствами, подключенными к каналу, осуществляется по принципу «управляющий – управляемый» (активный – пассивный). Типичным примером таких отношений является ЦП, как активное устройство, выбирающее команды из памяти. Другим примером может служить блок связи с устройством внешней памяти (ВП) контролер которого управляет считыванием или записью информации в ОЗУ. Связь через канал замкнута, т. е. на управляющий сигнал, передаваемый активным устройством, должен поступить ответный сигнал от пассивного устройства, что повышает надежность работы системы. При работе системы ЧПУ может сложиться такая ситуация, когда два блока выставили в канал электрические сигналы (цифровой код из 0,1) определенные как «запрос на обслуживание блока центральным процессором». В этом случае вступают в силу правило приоритетов. Наивысшим приоритетом обладают запросы от пульта управления (ПУ) и сигналы о сбоях в системе. Самый высший приоритет у сигналов блокировки - «стоп шпинделя», «стоп подачи». 3. Блоки Входных и Выходных сигналов предназначены для связи УЧПУ с электроавтоматикой станка. При необходимости передать команду на станок, ЦП выставляет в канал адрес блока выходных сигналов двоичное число. Блок выходных сигналов принимает запрос и инициализирует сигнал готовности к приему. ЦП начинает передавать информацию, а выходной блок принимать ее. В результате этой операции, на одном из выходов блока выходных сигналов появляется управляющее напряжение. Ответ об исполнении команды принимает блок входных сигналов и передает его на ЦП. Например, с УП считана команда «включить охлаждение» (М08). На одном из выходов блока выходных сигналов, появляется напряжение 18...24V, достаточное для питания катушки реле включения двигателя насоса охлаждения. Если двигатель включился, то на входной блок поступает сигнал об этом, а в канал и на ЦП генерируется числовой код об исполнении команды. Таким образом, управление выполняется по замкнутой схеме (команда – ответ об исполнении), что повышает надежность работы станка. Кроме этого, на входы блока входных сигналов поступает информация от датчиков температуры, давления, положения ограждения рабочей зоны и пр. ЦП автоматически, согласно алгоритма test программы, периодически (с интервалом 10…15мкс) опрашивает состояние этих сигналов. 4.Цифровоаналоговый преобразователь (ЦАП) служит для преобразования числа в пропорциональную аналоговую величину – непрерывный сигнал в виде электрического напряжения. В системах ЧПУ управления приводами станка осуществляется двумя ЦАП – по скорости и по перемещению. Принцип преобразования заключается в том, что каждый разряд двоичного числа, работает как ключ, соединяющий резисторы с источником питания. Выходное напряжение равно сумме напряжений на резисторах с учетом коэффициентов, зависящих от разряда двоичного числа. Точность представления кода двоичным числом зависит от точности изготовления резисторов, стабильности источника питания и ряда других параметров. 5.Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) служит для преобразования аналогового сигнала (например, электрического напряжения) в код числа. В системах ЧПУ АЦП контролируют сигналы с датчиков привода по двум параметрам: скорости (сигнал с тахогенератора) и положению (сигнал резольвера или ВТ трансформатора). Отсюда второе название АЦП в системах ЧПУ – блок оцифровки датчиков. Процедура аналогово-цифрового преобразования состоит из двух этапов: дискретизации по времени и квантования по уровню. Процесс дискретизации по времени состоит из измерения значений непрерывного сигнала U(t) (рис.2.2) только в дискретные моменты времени 0, T, 2T…, т.е. через время, равное периоду дискретизации T. Точность представления сигнала в численном виде, зависит от числа отчетов в единицу времени, т. е. от величины T. Рисунок 11 -
Дискретизация непрерывного сигнала Операция квантования сводится к определению того интервала, в который попало дискретное значение U(t), и к присвоению этому значению цифрового кода. При такой замене может быть допущена ошибка, равная б/2. Можно сделать вывод, что ЦАП генерирует задающий сигнал на привод, АЦП контролирует его отработку, а целом образуется замкнутая на ЦП система управления, обеспечивающая надежную работу привода станка, 6.Блок связи с пультом управления (ПУ). ПУ может быть выносным или встроенным в УЧПУ. Блок предназначен для связи с ПУ УЧПУ станка, который выполняет следующие функции. - Ручной ввод данных. - Размерную привязку инструмента. - Корректировку режимов обработки детали. - Редактирование УП. - Управление выводом информации на дисплей УЧПУ. 7. Блок связи с устройством внешней памяти (ВП) предназначен для ввода УП пользователем с долговременных запоминающих устройствах. 8. Блок связи с ЭВМ верхнего уровня (ВУ ЭВМ) предназначен для обмена информацией с внешней ЭВМ. Одна ЭВМ может обслуживать группу систем ЧПУ, каждая из которой имеет свой идентификационный номер, по которому идет обращение к ней. В памяти ЭВМ могут храниться библиотеки УП, а также создаваться с помощью САП новые УП.
Обчислювач або мікро- эвм у сукупності з необхідним програмним забезпеченням реалізує заданий алгоритм роботи верстата. Її стандартна архітектура включає наступні субблоки. ЦП - центральний процесор, обслуговує зовнішні пристрої уведення - виводу, обчислює траєкторію й швидкість переміщення рухливих органів верстата, вирішує завдання керування приводами, організує виконання стандартних технологічних циклів, здійснює уведення й редагування УП. Швидкодія процесора 250 тис. операцій у секунду. Мікропроцесор має пам'ять обсягом 16 До для зберігання керуючих програм і перепрограмувальну пам'ять обсягом 4 До для зберігання програмного забезпечення ЕОМ. Базове програмне забезпечення заноситься в ПЗУ на етапі виготовлення. - ОЗУ - як правило, зі збереженням інформації після відключення електроживлення на обмежений строк (3-4 дні), за рахунок енергії спеціального акумулятора. Призначено для зберігання УП, розробленої технологом-програмістом, значень розмірної прив'язки інструмента (величин коректорів), зсув нулів та ін. Частина ОЗУ ЦП використовує для тимчасового зберігання проміжних даних при проведенні обчислень. Основний недолік ОЗУ - це энергозависимость. Тому у всіх ЕОМ використовується не тільки ОЗУ, але й постійний запам'ятовувальний пристрій (ПЗУ), що не втрачає інформації при вимиканні живлення. - СПЗУ - запам'ятовувальний пристрій, що стирається перепрограмувальне постійне, запис і стирання інформації, у яке може вироблятися на порівняно простій установці, в умовах лабораторії заводу, де встановлений верстат з даною системою ЧПУ. Пристрій має зони, які можуть використовуватися тільки для читання. Вони призначені для зберігання системного програмного забезпечення, запис якого виконується на заводі-виготовлювачі систем ЧПУ. Зміст цієї інформації не підлягає зміні. Тут же зберігаються функціональні й прикладне програмні забезпечення, які можуть уводитися користувачем. Ця інформація може бути стерта за допомогою ультрафіолетового випромінювання й перезаписана. Наприклад, інформація про тип приводів верстата, 6 або 12 позиційна резцовая головка, вісь якої має вертикальний і горизонтальний напрямок та ін. Різні по своїй структурі канали ЕОМ і ЧПУ зв'язані через шинний согласователь, що призначений для программно-настраеваемого з'єднання пристроїв з різними способами подання даних. Канал обміну інформацією типу «загальна шина» є простою швидкодіючою системою зв'язків, що з'єднує центральний процесор, пам'ять і всі зовнішні пристрої. Канал складається з 39 ліній зв'язку, частина з яких двунаправленные. Це означає, що по тим самим лініях інформація може, як прийматися, так і передаватися. Одночасно можуть взаємодіяти тільки два з них, виконуючи одну з функцій: передачу керування магістраллю або обмін інформацією. Зв'язок між двома пристроями, підключеними до каналу, здійснюється за принципом «керуючий - керований» (активний - пасивний). Ведені модулі (обміну з ДОС, керування приводами) беруть участь в обмінах тільки після адресного обігу від одного із провідних модулів (ЦП, пульт оператора). Запити на обмін інформацією з магістралі виникають від одного із провідних модулів асинхронно й незалежно. Надання магістралі одному із провідних модулів, що запросили обмін, виконується арбітром магістралі, що входить у процесор. Крім магістралі «загальна шина» є додатковий радіальний канал для зв'язку интерфейсных модулів. Цей канал управляється блоком радіальних переривань (БРП), збільшує функціональну гнучкість УЧПУ й дозволяє спростити апаратну частину. БРП, крім того, реалізує функцію відліку інтервалів, що задаються програмно, часу (максимальна тривалість інтервалу - 0,1 мс). При необхідності обміну інформацією з пультом оператора або з одним з модулів ініціатор обміну запитує дозвіл захвата загальної магістралі, і після дозволу генерує адреса веденого пристрою. Модуль БРП перетворить ця адреса в повідомлення по радіальному каналі зв'язку на викликуваний ведений модуль. Типовим прикладом таких відносин є ЦП, як активний пристрій, що вибирає команди з пам'яті. Іншим прикладом може служити блок зв'язку із пристроєм зовнішньої пам'яті, контролер якого управляє зчитуванням або записом інформації в ОЗУ. Зв'язок через канал замкнута, тобто на керуючий сигнал, переданий активним пристроєм, повинен надійти відповідний сигнал від пасивного пристрою, що підвищує надійність роботи системи. При роботі системи ЧПУ, може зложитися така ситуація, коли два блоки виставили в канал електричні сигнали, певні як «запит на обслуговування блоку центральним процесором» (ЦП). У цьому випадку набувають чинності правило пріоритетів. Найвищим пріоритетом володіють запити від пульта керування (ПУ) і сигнали про збої в системі. Самий вищий пріоритет у сигналів блокування - «стоп шпинделя», «стоп подачі». Интерфейстные блоки здійснюють зв'язок з об'єктом (приводами й автоматикою верстата) і спеціальною периферією ЧПУ (дисплеєм, панеллю оператора й т.д.). Блок уведення-виводу технологічної інформації призначений для зв'язку УЧПУ з электроавтоматикой верстата. При необхідності передати команду на верстат, ЦП виставляє в канал адреса блоку вихідних сигналів - двійкове число. Блок вихідних сигналів приймає запит і инициализирует сигнал готовності до прийому. ЦП починає передавати інформацію, а вихідний блок приймати неї. У результаті цієї операції, на одному з виходів блоку вихідних сигналів з'являється керуюча напруга. Відповідь про виконання команди приймає блок вхідних сигналів і передає його на ЦП. Наприклад, з УП лічена команда «включити охолодження» (М08). На одному з виходів блоку вихідних сигналів, з'являється напруга 18...24V, достатнє для живлення котушки реле включення двигуна насоса охолодження. Якщо двигун увімкнувся, то на вхідний блок надходить сигнал про цьому, а в канал і на ЦП генерується числовий код про виконання команди. Таким чином, керування виконується за замкнутою схемою (команда - відповідь про виконання), що підвищує надійність роботи верстата. Крім цього, на входи блоку вхідних сигналів, надходить інформація від датчиків температури, тиску, положення огородження робочої зони та ін. ЦП автоматично, відповідно до алгоритмів test програми, періодично (з інтервалом 10?15мкс) опитує стан цих сигналів. Контролер электроавтоматики верстата має пам'ять обсягом 32 байта, що зберігає інформацію 256 входів-виходів. Вихідні сигнали передаються в интерфейсный блок. Інформаційні сигнали верстата надходять у модуль зв'язку з автоматикою через мультиплексорное пристрій. Контролер электроавтоматики верстата (16 входів і виходів) забезпечує електричне узгодження сигналів між УЧПУ й элетрооборудованием верстата, а також викликає переривання процесора при надходженні сигналу электроавтоматики. Така кількість входів і виходів досить тільки для керування нескладної электроавтоматикой. Для ГПМ використовується програмувальний командоаппарат, пов'язаний з УЧПУ. Блок зв'язку з пультом оператора призначений для зв'язку оператора з УЧПУ верстата. Він виконує наступні функції: - Ручне уведення даних. - Розмірну прив'язку інструмента. - Коректування режимів обробки деталі. - Редагування УП. - Керування виводом інформації на дисплей УЧПУ. Модуль зв'язку із приводами подач служить для перетворення числової інформації від ЕОМ у пропорційну аналогову величину – безперервний сигнал у вигляді електричної напруги. У системах ЧПУ керування приводами верстата, здійснюється двома цифро-аналоговими перетворювачами (ЦАП) - по швидкості й по переміщенню. Модуль зв'язку з ДОС служить для перетворення аналогового сигналу (наприклад, електричної напруги), отриманого від датчиків, у код числа. Це відбувається за допомогою аналогово-цифрових перетворювачів (АЦП). У системах ЧПУ АЦП контролюють сигнали від датчиків привода по двох параметрах: швидкості (сигнал з тахогенератора) і положенню (сигнал з резольвера або ВТ трансформатора). Звідси друга назва АЦП у системах ЧПУ - блок оцифровки датчиків. Модуль зв'язку з ЕОМ верхнього рівня призначений для обміну інформацією із зовнішньої ЕОМ. Одна ЕОМ може обслуговувати групу систем ЧПУ, кожна з якої має свій ідентифікаційний номер, по якому йде звертання до неї. У пам'яті ЕОМ можуть зберігатися бібліотеки УП, а також створюватися за допомогою САП нові УП. В УЧПУ передбачено 4 входи від імпульсних перетворювачів (ИП). Два з них виконують функцію ДОС по координатах, один - ДОС привода головного руху (при нарізуванні різьблення), один - для ИП електронного маховика ручного керування. Контролер приводів (КП) забезпечує керування швидкістю руху (подачі) по осях, виконуючи функцію перетворення двійкового коду швидкості подачі в пропорційний цьому коду аналоговий сигнал (дискретність 5 мВ, діапазон (10 У).
|
