Использование ЭВМ в ГПС

Системы управления каждого уровня ха­рактеризуются формой представления данных, вычислениями, процессом управления. Поэтому из широкой номенклатуры ЭВМ, выпускаемых промышленностью, выбирают те, которые соответствуют данному классу задач, времени их решения и надежному функционированию системы на указанном уровне управления. От используемой ЭВМ зависит стоимость системы управления ГПС и программного обеспечения. Она должна быть минимальной.

Свойства ЭВМ определяют следующие важные характе­ристики.

Система команд — отражает операционные возможности ЭВМ. Описание системы команд обусловливает:форму представления данных в ЭВМ (типы данных, диапазоны и точность числовых значений и т. д.); способы адресации (именования) данных в ЭВМ; набор операций, реализуемых процессором и средствами ввода-вывода; форму записи команд.

Емкость оперативной памяти — характеризуется предельным количеством информации, хранимой в пей, и исчисляется в килобайтах (Кбайт). Информационнаяемкость оперативной памяти ограничивается объемом памяти процессора и зависит от комплектации конкретной ЭВМ (может быть меньше, чем предельно допускаемая процессором). Если ЭВМ должна работать с большим объемом данных, то память расширяется за счет внешних запомина­ющих устройств, информационная емкость которых в сотни и тысячи раз может превышать емкость оперативной памяти.

Быстродействие ЭВМ — определяется числом операций, выполняемых в секунду. Время осуществления различных операций в ЭВМ неодинаково. Поэтому быстродействие характеризуется либо числом коротких, наиболее простых операций за секунду, либо средним числом операций за секунду, учитывающим частоту появления различных операций при выполнении определенного класса программ.

Надежность ЭВМ — в основном характеризуется_сред ней наработкой на отказ, т. е. средним промежутком времени в часах между двумя соседними отказами, и коэффициентом готовности, определяющим долю времени, в течение которого ЭВМ работоспособна.

Стоимость ЭВМ — определяется суммарной стоимостью всех устройств, входящих в нее, и зависит от характеристик и комплектации ЭВМ.

В зависимости от области применения ЭВМ разделяются на следующие классы.

ЭВМ общего назначения, предназначенные для решения задач широкого круга, отличающихся сложностью алгоритмов, вычислений и большим объемом данных, характеризуются разнообразием форм представления данных, обширной номенклатурой операций, большой емкостью оперативной памяти и развитой системой ввода-вывода данных. Стоимость машин зависит от комплектации. Их применяют в ГПС на верхних уровнях управления и в функциональных системах САПР, АСТПП, АСУП. В пашей стране широко распространена Единая система ЭВМ — ЕС ЭВМ, в которой используется система команд IBM 360—IBM/370, принятая эталонной во многих странах. Единая система объединяет ЭВМ с быстродействием от десятков тысяч до нескольких миллионов операций в секунду и с емкостью оперативной памяти от десятков тысяч до нескольких миллионов байт.

Проблемно-ориентированные ЭВМ используют для несложных расчетов, а также для решения задач ограничен­ного круга, связанных с управлением объектами и регистрацией параметров функционирующего оборудования. К этому классу машин относятся миниЭВМ, основная область применения которых в ГПС — координация работы всех систем участка или цеха, т. е. решение задач третьего уровня управления, Для этого используют мини-ЭВМ с развитой внешней памятью, хранящей программы ЭВМ всех трех уровней управления и данные, характеризующие технические и производственные аспекты функционирования ГПС. МиниЭВМ на этом уровне управления обеспечивают работу операторов ГПС, взаимодействующих с ЭВМ и системой управления в целом посредством дисплеев. О работе системы можно получить печатные отчеты. В ГПС широко применяют миниЭВМ серии СМ (СМ-1420), «Элек-троника-79», «Электроника-100-25» и другие с системой команд DEC/POP. Мини-ЭВМ используют также и в составе автоматизированных рабочих мест. МикроЭВМ, подробно рассмотренные ранее, применяют на первом и втором уровнях управления. При построении систем управления ГПС желательно применять микроЭВМ с системой команд, совместимой с мини-ЭВМ. Например, система команд микроЭВМ «Электроника-60» и «Электроника НЦ-80» — DEC/POP, а микроЭВМ GM-1800 — Intel/8080.

Специализированные ЭВМ,предназначенные для решения конкретных задач управления, используют в ГПС в виде программируемых контроллеров, выполняющих функ­ции устройств релейной автоматики. Однако в отличие от релейных устройств, реализующих жесткую логику управления, функции, осуществляемые контроллером, программируются и хранятся в его памяти. Программируемые контроллеры имеют специальную структуру, но могут быть выполнены и на базе одноплатной микроЭВМ. Напри­мер, программируемый контроллер «Электроника С5-41» совместим с микроЭВМ «Электроника-60». Стоимость контроллеров невысока. Их встраивают в системы управления роботами, транспортные устройства, системы ЧПУ и т. д. Система управления ГПС, реализующая разнообразные функции, создается распределенной, па основе многих ЭВМ, объединяемых в одну систему при помощи средств сопряжения (комплексирования ЭВМ). Система управления взаимосвязана с вычислительными системами более высокого уровня иерархии. Рассмотрим пример построения системы управления применительно к двухуровневым участкам типа АСВ для обработки деталей типа «тола вращения». Обычно на первом, низшем уровне устанавливаются серийные устройства ЧПУ, допускающие работу станков в автономном режиме, что позволяет сократить простой оборудования в период пуска ГПС и при отказе ЭВМ верхнего уровня.

ГАУ типа АСВ-20, АСВ-21 представляют собой технологически законченный комплекс, включающий станки токарной и фрезерно-сверлильной групп, транспортно-накопительную и складскую системы. Последние две системы имеют локальные устройства электроавтоматики и управляются непосредственно оператором.

Участок типа АСВ-20 выполнен с ЭВМ, находящейся на верхнем уровне иерархии. ЭВМ принимает, хранит, выдает и распределяет управляющие программы в целом по участку станков. На нижнем уровне находятся устройства ЧПУ, осуществляющие прием, хранение, декодирование и выдачу УП на станок.

Различия в вариантах построения структур систем обусловливаются комплектацией ЭВМ, режимом выдачи УП, организацией памяти и типами устройств нижнего уровня.

Для анализа группового управления станками следует рассмотреть кроме трех режимов выдачи УП (покадровый, посимвольный и полная выдача УП) следующие виды организации памяти ЭВМ для хранения и выдачи УП: УП находятся в ОЗУ; УП хранятся во внешнем запоминающем устройстве; часть УП находится в ОЗУ, часть — во внешнем запоминающем устройстве (ВЗУ). Последняя организация памяти называется стратегией страхового запаса.

Для применения стратегии страхового запаса буферная часть ОЗУ делится на зоны по числу станков, а каждая зона на два равных участка. Первый участок зоны приме­няется для хранения рабочего запаса кадров, второй — страхового. Кроме того, ЭВМ верхнего уровня может вы­полняться в двух вариантах: с минимальным комплектом и расширенным, включающим накопитель на магнитных дисках (УВПМД) и таймер.

Варианты] построения структур приведены в таблице 4.3.

Варианты построения структур централизованного управления станками

Конфигурация ЭВМ	Режим выдачи УП	Номер структуры	Организации	Устройство уровня
Минимальный комплект	Покадровый Посимволь-	1 2	Все УП находятся в ОЗУ	Память на один кадр
Расширенный комплект с УВПМД и тай-	Покадровый Посимволь- ный		Стратегия страхового запаса	Память на один кадр
мером	Полная вы­дача УП		Все УП нахо- дятсян УВПМД	Память на всю программу

В ЭВМ верхнего уровня системы управления участком типа АСВ-20 решаются следующие задачи: покадровая выдача управляющих программ; контроль и уплотнение информации УП в памяти ЭВМ; разуплотнение информации УП; организация оперативной библиотеки УП; автоматизированная подготовка УП. Структура нижних уровней иерархии определяется перечисленными ранее задачами, решаемыми на верхнем уровне иерархии, так как эти задачи

являются доминирующими и имеют высший приоритет. Для участков станков с характеристиками, аналогичными АСВ-20, АСВ-21, можно выделить основные структуры систем прямого числового программного управления, наиболее эффективно используемые при определенных пределах изменения числа управляемых станков.

Для участков с числом станков п=2...9 наиболее эффективными будут структуры 1, 2 (табл. 4.3) с покадровым и посимвольным режимами и в случае, когда все УП находятся в ОЗУ и ЭВМ имеет минимальный комплект.

При п =9...19 наиболее эффективны структуры 3, 4 с применением стратегии страхового запаса и ЭВМ в комплекте с УВПМД и таймером.

Следует отметить, что посимвольный режим в данном случае эффективней кадрового, так как устройства класса NC принимают информацию со скоростью работы фотосчитывающего устройства, которая оказывается недостаточной, и при покадровом режиме необходима задержка после выдачи символа кадра, на что непроизводительно расходуется часть процессорного времени. При посимвольном режиме в такой задержке нет необходимости, поэтому процессор используется более эффективно.

Однако когда скорость приема информации устройством ЧПУ достаточна для непрерывной работы с ЭВМ, покадровый режим оказывается эффективнее, так как меньше сказывается время переключения на обслуживание заявок разных станков и проще организация. Если число станков на участке больше 20, то наиболее действенной оказывается структура с полной выдачей УП и применением ЭВМ в комплекте с УВПМД и таймером. При использовании данной структуры потери с увеличением числа управляемых станков возрастают, так как обслуживание проводится в промежутках времени между обработкой деталей и не влияет на технологический процесс.

Контрольные вопросы и задания. 1. Какие задачи решаются системой управления ГПС на каждом из трех уровней? 2. Как организованы системы группового управления? 3. Какие системы ЧПУ применяют для управления оборудованием в условиях ГПС и перспективы развития систем? 4. Чем определяется выбор ЭВМ при разработке систем управления ГПС? 5. Что такое мик­ропроцессор и принципы работы микропроцессорных устройств?

 

 

Глава 5. ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ

ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА ПРИ ОРГАНИЗАЦИИ ГПС