Однопроцессорные системы серии 2С или 2Р

Построены на базе ЭВМ «Электроника НЦ-60» и имеют ряд модификаций, как в стоечном исполнении, так и с выносным дисплейным пультом, устанавливаемым на станке. Микропроцессор может входить в состав универсальной ЭВМ или служить основой специализированной микро-ЭВМ. Аппаратно-программное исполнение этих УЧПУ ориентировано на управление определенной группой станков. УЧПУ Оно обеспечивает контурное управление при следящем приводе и импульсных ДОС.

В УЧПУ предусмотрен ввод программы с ФСУ, а также возможен вывод откорректированной программы на перфоленту. В некоторых модификация УЧПУ на базе ЭВМ «Электроника 60» имеют канал связи с ЭВМ высшего ранга, что позволяет использовать их в составе ГПС.

Наибольшее распространение из УЧПУ серии 2С получили системы 2С-42 и 2Р-22, 2Р-32. Они предназначены для управления следящими приводами подач с индуктивными (типа индуктосин или резольвер) или фотоэлектрическими импульсными измерительными преобразователями. Они используются также для управления шаговым приводом.

Модификации УЧПУ серии 2С отличаются числом управляемых координат (максимальное количество – 8) и имеют относительно небольшую унификацию по составу программного обеспечения. Это связано с малым объемом памяти и ограниченными вычислительными ресурсами, что не позволяет использовать языки программирования высокого уровня.

Программное обеспечение обеспечивает диагностику ошибок и при их обнаружении останавливает отработку УП. Диагностика превышения допустимых скоростей в определенном диапазоне носит предупредительный характер.

Программное обеспечение позволяет работать в режиме обучения – при обработке детали в ручном режиме информация запоминается и формируется управляющая программа.

Устройство имеет блочно-модульную структуру, позволяющую реализовать все функции современного УЧПУ класса CNC при малых габаритных размерах; программируемое управление электроавтоматикой станка на языке, доступном пользователю; коррекцию люфтов станка; развитый диалог с оператором; простое программирование; программируемый контроль исходного положения; память с сохранением информации при отключении питания; редактирование управляющих программ; ввод программ с перфоленты и магнитной ленты; архивирование программ на магнитную кассету или перфоленту; память управляющих программ с использованием кассеты внешней памяти; развитую систему диагностирования и др.

Устройство состоит из двух конструктивно законченных блоков: пульта оператора и вычислительного блока. Предусмотрено крепление пульта оператора к консоли станка. Вычислительный блок можно размещать в любом месте станка, в том числе и в шкафу электроавтоматики. Функциональные блоки выполнены на основе унифицированных типовых конструкций. Удобное и простое обслуживание пульта оператора реализовано с помощью современных эргономических решений.

Рассмотрим структуру УЧПУ станка, куда входят следующие блоки (рис.1).

Рисунок 1 - Блок-схема УЧПУ класса 2С

Вычислитель или микро-ЭВМ в совокупности с необходимым программным обеспечением 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. Быстродействие процессора 250 тыс. операций в секунду. Микропроцессор имеет память объемом 16 К для хранения управляющих программ и перепрограммируемую память объемом 4 К для хранения программного обеспечения ЭВМ. Базовое программное обеспечение заносится в ПЗУ на этапе изготовления.

- 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. Поэтому во всех ЭВМ используется не только ОЗУ, но и постоянное запоминающее устройство (ПЗУ), которое не теряет информации при выключении питания.

- СПЗУ – 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. Устройство имеет зоны, которые могут использоваться только для чтения. Они предназначены для хранения системного программного обеспечения, запись которого выполняется на заводе–изготовителе систем ЧПУ. Содержание этой информации не подлежит изменению.

Здесь же хранится функциональное и прикладное программные обеспечения, которые могут вводиться пользователем. Эта информация может быть стерта с помощью ультрафиолетового излучения и перезаписана. Например, информация о типе приводов станка, 6 или 12 позиционная резцовая головка, ось которой имеет вертикальное и горизонтальное направление и пр.

Различные по своей структуре каналы ЭВМ и ЧПУ связаны через шинный согласователь, который предназначен для программно-настраеваемого соединения устройств с разными способами представления данных.

Канал обмена информацией типа «общая шина» является простой быстродействующей системой связей, соединяющий центральный процессор, память и все внешние устройства. Канал состоит из 39 линий связи, часть из которых двунаправленные. Это означает, что по одним и тем же линиям информация может, как приниматься, так и передаваться.

Одновременно могут взаимодействовать только два из них, выполняя одну из функций: передачу управления магистралью или обмен информацией. Связь между двумя устройствами, подключенными к каналу, осуществляется по принципу «управляющий – управляемый» (активный – пассивный). Ведомые модули (обмена с ДОС, управления приводами) участвуют в обменах только после адресного обращения от одного из ведущих модулей (ЦП, пульт оператора). Запросы на обмен информацией по магистрали возникают от одного из ведущих модулей асинхронно и независимо.

Предоставление магистрали одному из ведущих модулей, запросивших обмен, выполняется арбитром магистрали, входящим в процессор.

Кроме магистрали «общая шина» имеется дополнительный радиальный канал для связи интерфейсных модулей. Этот канал управляется блоком радиальных прерываний (БРП), увеличивает функциональную гибкость УЧПУ и позволяет упростить аппаратную часть.

БРП, кроме того, реализует функцию отсчета программно задаваемых интервалов времени (максимальная длительность интервала – 0,1 мс).

При необходимости обмена информацией с пультом оператора или с одним из модулей инициатор обмена запрашивает разрешение захвата общей магистрали, и после разрешения генерирует адрес ведомого устройства. Модуль БРП преобразует этот адрес в сообщение по радиальному каналу связи на вызываемый ведомый модуль.

Типичным примером таких отношений является ЦП, как активное устройство, выбирающее команды из памяти. Другим примером может служить блок связи с устройством внешней памяти, 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, определенные как «запрос на обслуживание блока центральным процессором» (ЦП). 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».

Интерфейстные блоки осуществляют связь с объектом (приводами и автоматикой станка) и специальной периферией ЧПУ (дисплеем, панелью оператора и т.д.).

Блок ввода-вывода технологической информации предназначен 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 алгоритмам test программы, периодически (с интервалом 10 ÷15мкс) опрашивает состояние этих сигналов.

Контроллер электроавтоматики станка имеет память объемом 32 байта, сохраняющую информацию 256 входов-выходов. Выходные сигналы передаются в интерфейсный блок. Осведомительные сигналы станка поступают в модуль связи с автоматикой через мультиплексорное устройство.

Контроллер электроавтоматики станка (16 входов и выходов) обеспечивает электрическое согласование сигналов между УЧПУ и элетрооборудованием станка, а также вызывает прерывание процессора при поступлении сигнала электроавтоматики. Такое количество входов и выходов достаточно только для управления несложной электроавтоматикой. Для ГПМ используется программируемый командоаппарат, связанный с УЧПУ.

Блок связи с пультом оператора предназначен для связи оператора с УЧПУ станка. Он выполняет следующие функции:

- Ручной ввод данных.

- Размерную привязку инструмента.

- Корректировку режимов обработки детали.

- Редактирование УП.

- Управление выводом информации на дисплей УЧПУ.

Модуль связи с приводами подач с лужит для преобразования числовой информации от ЭВМ в пропорциональную аналоговую величину – непрерывный сигнал в виде электрического напряжения. В системах ЧПУ управление приводами станка, осуществляется двумя цифро-аналоговыми преобразователями (ЦАП) – по скорости и по перемещению.

Модуль связи с ДОС служит для преобразования аналогового сигнала (например, электрического напряжения), полученного от датчиков, в код числа. Это происходит с помощью аналогово-цифровых преобразователей (АЦП).

В системах ЧПУ АЦП контролируют сигналы от датчиков привода по двум параметрам: скорости (сигнал с тахогенератора) и положению (сигнал с резольвера или ВТ трансформатора). Отсюда второе название АЦП в системах ЧПУ – блок оцифровки датчиков.

Модуль связи с ЭВМ верхнего уровня 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.

В УЧПУ предусмотрено 4 входа от импульсных преобразователей (ИП). Два из них выполняют функцию ДОС по координатам, один – ДОС привода главного движения (при нарезании резьбы), один – для ИП электронного маховика ручного управления.

Контроллер приводов (КП) обеспечивает управление скоростью движения (подачи) по осям, выполняя функцию преобразования двоичного кода скорости подачи в пропорциональный этому коду аналоговый сигнал (дискретность 5 мВ, диапазон ±10 В).