Мультипроцессорные УЧПУ блочного и модульно-блочного исполнения

Использование нескольких процессоров увеличивает уровень функциональности УЧПУ. Эти УЧПУ позволили реализовать ряд новых функций. Наличие отдельного процессора у дисплейного блока позволило ввести в УЧПУ развитые средства диалогового задания УП с графическим изображением на дисплее траектории движения инструмента. Создание процессорных модулей управления приводами (в блочно-модульных схемах) позволило увеличить количество управляемых координат.

Мультипроцессорные системы позволяют производить многопрограммную обработку несколькими шпинделями. При этом каждый шпиндель перемещается по своей программе. Наличие отдельного дисплейного процессора позволяет вводить УП во время обработки детали по другой программе.

Отечественные мультипроцессорные блочные УЧПУ построены на базе ЭВМ «Электроника МС 2101». Каждый блок имеет отдельный вычислитель. Межблочная связь выполняется по телеграфному каналу. В зависимости от решаемых задач, типа станка в состав УЧПУ входит два, три или более блоков. Кроме того, можно варьировать состав блоков (кроме дисплейного).

Дисплейный блок во всех УЧПУ имеет одинаковую аппаратную часть и отличается только ПО. Этот блок имеет память 56 Кб. К нему подключается магнитная кассета внешней памяти. Кассета внешней памяти позволяет создавать библиотеку программ и готовить ее вне станка. Кроме того, возможно подключение ФСУ и ЭВМ высшего ранга, возможет вывод УП на перфоленту.

Рисунок 2 -
Структурная схема УЧПУ «Электроника НМС 12401» на трех платах (первый дисплейный блок)

Вычислитель микро-ЭВМ состоит из следующих узлов:

Центральный процессор, СПЗУ, ОЗУ имеют такое же назначение, как в однопроцессорных устройствах.

Арифметико-логический блок (АЛБ) предназначен для выполнения действий над операндами и формирования адресов команд и операндов.

Блок радиальный прерываний (БРП) служит для связи между собой различных блоков системы ЧПУ.

Блок синхронизации (БС) формирует синхронизирующие сигналы в диапазоне частот 8-500 Гц. Частоты поступают на программируемый таймер с регистрами данных и управления.

Блок управления телеграфным каналом связи (БТК) предоставляет задачам различных конструктивных блоков ЧПУ возможность обмена сообщениями, а также связи с ЭВМ высшего уровня.

Диалогово-дисплейный монитор (ДДМ) управляет дисплеем и принимает сигналы от клавиатуры. Он предоставляет функциональным задачам различные возможности для организации ввода-вывода информации с пульта ЧПУ и распределяет ресурсы дисплея между задачами. Управление осуществляется с помощью клавиатуры.

Блок управления внешней памятью позволяет задачам СЧПУ создавать и уничтожать файлы для хранения информации на внешних программоносителях и для переписи информации.

Второй блок имеет различные исполнения в зависимости от состава входящих в него модулей. Этот блок выполняет функции управления приводами, электроавтоматикой станка и хранения технологического программного обеспечения. Эти устройства используют для управления токарными, шлифовальными, многооперационными станками.

Рисунок 3 -
Схема УЧПУ «Электроника НМС 12401» на трех платах (вторые блоки)

Вторые блоки аналогичны однопроцессорным УЧПУ. Они имеют одинаковую структуру. Количество вторых блоков зависит от количества управляемых координат. Каждый второй блок может управлять двумя координатами. Связь между блоками происходит через телеграфный кабель.

УЧПУ имеет развитую систему самодиагностики, которая реализуется аппаратными и программными средствами. Встроенные аппаратные средства имеются во многих блоках УЧПУ.

В исполнении для управления токарными станками (3С140) система включает три процессора и обеспечивает управление четырьмя координатами. В расширенном исполнении предусмотрено управление пятью приводами подач и двумя главными приводами.

В исполнении для управления шлифовальными станками (3С170) УЧПУ обеспечивает управление по 10 координатам. От одного процессора управляется два привода.

В большинстве блочно-модульных систем предусмотрены ведущий и подчиненные процессоры. В соответствии с этим, систему можно рассматривать состоящей из трех областей: верхнего уровня УЧПУ – область центрального процессора (CUP), управления приводами координат и вспомогательных перемещений (NC) и программируемого контроллера электроавтоматики (PLC).

Область центрального процессора выполняет функции координации работы УЧПУ и содержит память для управляющих программ и интерфейса связи с периферийными устройствами. Центральный процессор связан с общей шиной через ЗУ связи. Это ЗУ позволяет реализовывать интенсивный обмен данными между всеми областями УЧПУ.

Область NC выполняет общие задачи числового управления: обработку управляющих программ с подготовкой кадров программ, интерполяцию, управление осями и шпинделями. Эта область реализуется в виде мультипроцессорной системы. Процессоры взаимодействуют между собой через общую шину и ЗУ связи.

Количество процессоров, управляющих приводами, может быть два и больше. Два процессора предназначены для управления ПК (программируемый командоаппарат). Этим процессорам подчинены локальные шины для подключения измерительных цепей, запоминающих устройств и модулей ввода/вывода. Все локальные шины выполнены одинаково, что обеспечивает возможность создания однотипных модулей и однозначность их работы, независимо от количества.

В этих системах операционная система решает более разветвленные задачи. Она управляет многопроцессорными системами аналогично сетевым функциям. Она должна реагировать на сообщения, пересылаемые между процессорами в обоих направлениях. Эти сообщения несут информацию, подлежащую обработке, данные о состоянии системы и осуществляют синхронизацию на глобальном уровне.