Устройства ввода программ

Технические средства управления в автоматизированном производстве

Терминальная задача ЧПУ

Технологическая задача ЧПУ

Логическая задача ЧПУ

Геометрическая задача ЧПУ

Геометрическая задача состоит из ряда последовательных фаз преобразования информации. Вначале вводится управляющая программа (УП) в ЗУ ЧПУ с программоносителя или по каналу связи. При размещении УП в памяти происходят некоторые изменения исходного текста, связанные с исключением пробелов, комментариев предусмотренных символов и др. При этом возможно осуществлять синтаксический и семантический контроль УП.

На автоматическом режиме информация с УП активно участву­ет в процессе вычисления, подготавливая буферный кадр. Буферный кадр необходим, так как исходные тексты УП не содержат в явном виде всей информации, необходимой для расчетов траектории испол­нительного органа. Подготовка буферного кадра заключается в расче­те эквидистант, преобразования координатных систем, определений данных, используемых в алгоритмах интерполяции.

Алгоритмы интерполяции обслуживают тот кадр, который в этот момент является рабочим.

Процесс интерполяции – это образование укрупненного описа­ния в конкретный момент, подаваемого в дискретной форме. Приме­нительно к геометрической задаче такими командами являются рас­считанные значения величин и скоростей перемещений по отдельным координатам.

Уровень сложности геометрической задачи определяется про­граммным заполнением ее фаз:

- уровнем начального контроля исходных текстов;

- степенью автоматизации подготовительных расчетов траекто­рий;

- возможностью вмешательства оператора в процесс автомати­ческого управления;

- числом управляемых координат;

- возможностями настройки и коррекции следящих приводов;

- числом алгоритмов интерполяции и их информационной насыщенностью.

Логическая задача направлена на управление цикловой автома­тикой станка, решение ее обеспечивает необходимую последователь­ность действия исполнительных механизмов, в том числе смену инст­румента, подачу СОЖ и т.д.

Решение логической задачи в вычислителе базируется на об­разах автоматов, осуществляющих управление отдельными механиз­мами, которые могут быть представлены, например, в виде графов.

Вершина такого графа (А1) – это состояние автомата (т.е. множе­ство управлений Ai), a Bi-это условие перехода из одного состояния в другое. Поэтому логическая задача решается следующим образом. Информация о необходимых командах хранится во входном регистре, а информация о состоянии логического автомата – в выходном регист­ре. Логическая задача решается с помощью программируемых кон­троллеров, которые имеются в современных СЧПУ и выполняют все функции управления, кроме интерполяции.

Логическая задача ЧПУ распадается на большое число независимых и связанных между собой (через взаимные блокировки) подзадач, причем отдельная подзадача описывает циклический процесс, выполняемый некоторыми механизмами станка.

Циклические процессы, выполняемые на станке, приготавливаются в виде циклов автоматики, под которыми понимаются последовательность действий, вызываемых по имени из трех следующих слов кадра УП: «Скорость главного движения», «Функция инструмента», «Вспомогательная функция». Цикл автоматики состоит из операций, причем под операцией понимается любое независимое действие отдельного механизма, выполняемое одним двигателем и имитируемое самостоятельным сигналом, подтверждаемое или не подтверждаемое осведомительным сигналом.

Технологическая задача ЧПУ ставится в тех случаях, когда ос­новной рабочий процесс выступает как объект управления в целях его поддержания или оптимизации самого процесса, например элек­троэрозионная обработка, во время которой осуществляется взаимо­связанное управление источником технологического напряжения, сис­темой подачи и очистки рабочей жидкости, а также приводами пода­чи электрода-инструмента. Примерами оптимизируемых рабочих процессов могут служить фрезерование или токарная обработка, управление которыми состоит в изменении подачи и скорости реза­ния в целях увеличения производительности, снижения приведенных затрат, повышения качества обработки.

В частном случае терминальная задача ЧПУ поддерживается устройством ЧПУ, которое используется как персональный компью­тер. Диалог с оператором охватывает управление объектом и самим УЧПУ в различных режимах, операции с УП УЧПУ, некоторые дей­ствия системного характера. Информационный обмен с ЭВМ необхо­дим в интегрированной пространственно-распределенной системе управления, имеющей признаки локальной вычислительно-управляющей сети. При этом предусматривается решение: диалого­вого проектирования, диалогового программирования и статистиче­ское и динамическое моделирование.

Для этого на пульт управления выносится виртуальная сетка, с помощью которой можно выбрать определенное «меню» возможно­стей редактирования и программирования и, вызывая необходимый кадр программы, вносить в него соответствующие изменения.

При реализации статического моделирования на экран дисплея выносятся траектории движения инструмента относительно заготовки для всех переходов, выполняющихся на станке.

В случае динамического моделирования происходит разверты­вание рабочего процесса на экране во времени.

При решении терминальной задачи решаются вопросы точности обработки и появляется возможность вносить необходимые корректи­вы в закон движения при искажении траектории.

Основным техническим средством для реализации геометриче­ской, логической, технологической и терминальной задач является СЧПУ. Конфигурация системы показана на рисунке 2. На блок-схеме прямоугольниками изображены аппаратные средства и показаны обобщенные каналы связи без уточнения числа линий, характеристи­ки сигналов и способаих передачи. Количество и состав задач ЧПУ, а также мера их сложности оказывают непосредственное влияние на архитектуру УЧПУ.

Большинство технических средств непосредственного управле­ния основным и вспомогательным оборудованием строится на базе интегральных схем различной степени интеграции, алгоритмы управ­ления реализуются аппаратным путем. В этих системах оперативная память обеспечивает хранение одного кадра управляющей информа­ции для вспомогательного оборудования. Жесткость аппаратной реа­лизации и отсутствие оперативной памяти приводят к значительному снижению возможностей СУ из-за необходимости организации интен­сивного обмена информацией с ЭВМ верхнего уровня в реальном масштабе времени и сложности расширения функций нижнего уровня управления.

Трехуровневая СУ, на среднем уровне которой используется микроЭВМ, позволяет:

- снять ограничение на количество работающего оборудования, управляемого СУ;

- повысить надежность СУ в результате ее децентрализации;

- повысить надежность всей системы (выход из строя отдель­ного элемента системы не приводит к отказу всей системы);

- хранить информацию на рабочем месте оперативно без про­граммоносителя, а управление осуществлять независимо от ЭВМ верхнего уровня;

- создавать многопроцессорные системы, перерастающие в вы­числительные и управляющие ресурсы при отказе или перегрузке какого-либо элемента системы;

- расширить возможности СУ путем передачи функции сбора и первичной обработки информации о реальном использовании обору­дования на своем уровне;

- использовать каналы передачи управляющей информации для передачи оперативных данных о ходе производства;

- высвободить ресурсы ЭВМ верхнего уровня для решения за­дач непрерывного планирования.

Рисунок 2 – Обобщенная конфигурация СЧПУ

А - периферийные устройства;

Б - УЧПУ;

В - электроавтоматика;

Г - пульт оборудования;

Д - компоненты системы управления на оборудовании;

1 - пульт оператора;

2 - фотосчитывающее устройство;

3 - перфоратор;

4 - внешняя память;

5 - сетевой контроллер;

6 - интерфейс периферийных устройств;

7 - вычислительное устройство;

8 - интерфейс объекта;

9 - устройство управления рабочим процессом;

10 - устройство управления скоростью приводов;

11 - логический автомат;

12 - двигатели привода подач;

13 - двигатель главного движе­ния;

14 - датчики параметров приво­дов;

15 - датчики положения исполни­тельных органов;

16 - муфты, электроавтоматика, двигатели;

17 - путевые выключатели и дат­чики отдельных параметров

Решая вопросы проектирования технических средств управле­ния в автоматизированном производстве и их эксплуатации, можно исходить из того, что СУ рассматривается как система массового об­служивания с Пуассоновским потоком заявок. В общем случае разра­ботчики рекомендуют основные исходные данные и показатели рабо­ты для расчета СЧПУ.

Реализация покадровой выдачи УП на СЧПУ без подтвержде­ния и с подтверждением правильности приема находится примерно в соотношении 1: 3, при таком же соотношении времени пребывания запроса в системе. Интервал времени между запросами на обслужи­вание от станка с ЧПУ позволяет применять любой из двух описан­ных вариантов, а также методы покадровой выдачи УП с подпиткой буферной зоны ОЗУ, в которой хранится многокадровый блок УП, с магнитного диска в процессе работы СУ.

Процесс непосредственного управления для ГПС дискретного производства реализуется отдельными автономно программируемыми микроЭВМ по технологическому принципу или пропускной способно­сти микроЭВМ.

Таблица 4 – Технологические возможности микроЭВМ

Показатель	Единицы измерения	Величина показателя
Интенсивность отказа ЭВМ	W- 1	0.005
Время восстановления работоспособности ЭВМ	Г
Обработка кадра	С
Обработка детали на станке с ЧПУ	С
Замены детали на станке	С
Переналадки станка на обработку новой единицы планирования	Мин
Число:
кадров УП	-
строк в кадре	-
объем УП	Кбайт	0.9
кадр УП	Байт
Среднее время:
выдачи 1-го кадра УП	мс	0.01
приема 1-го кадра - УП	мс	0.5
Интенсивность отказа станков с ЧПУ	W- 1	0.037
Время восстановления работоспособности станка с ЧПУ	мин
Объем ОЗУ, отводимый для хранения УП	Кбайт	32-64

Трехуровневая схема СУ представляет собой децентрализован­ную систему, допускающую три базовые структурные конфигурации вычислительных средств: звездообразную (радиальную), кольцевую и смешанную. Из них радиальная в большей степени соответствует распределению функции между уровнями СУ. Так, например, в каче­стве центральной ЭВМ можно использовать УВК CM - 1, перифе­рийных ЭВМ - микроЭВМ «Электроника-60», непосредственно к ко­торым подключаются СЧПУ станком. В режиме работы верхним уровнем СУ программные обеспечения позволяют:

- хранить МО микроЭВМ в памяти УВК СМ-1;

- вызывать и передавать МО в микроЭВМ из УВК перед нача­лом работы;

- вести, распечатывать и редактировать библиотеку УП и выво­дить УП на перфоленту, магнитный диск;

- вызывать по признакам, таким как номер УП, длину УП в кадрах, код автора, дату создания;

- передавать УП в память микроЭВМ с одновременным контро­лем УП по структуре кадра в данных и по допустимости передачи инициированной УП на инициирующую микроЭВМ;

- уплотнять УП при включении УП в библиотеку;

- разуплотнять УП и передавать на СЧПУ станка в покадровом режиме;

- контролировать обращение в УП в целях формирования чет­ных данных.

В режиме работы в нижнем уровне СУ МО возможно осуществ­лять прием УП с фотосчитывателя СЧПУ в память микроЭВМ и уп­лотнение УП в памяти микроЭВМ.

Система управления обеспечивает ввод и обработку информа­ции о выполнении транспортно-складских операций и внесение соответствующих изменений в модель ТНС; формирование и выдачу по запросам оператора информации о состоянии ТНС. Режим работы СУ включает: учет приема заготовок на склад; выдачу деталей на станки и прием их со станков; выдачу полуфабрикатов на выносные опера­ции; прием полуфабрикатов с выносных операций; выдачу готовых деталей; печать общего состояния ТНС; состояния ТНС в связи с за­готовками, деталями, полуфабрикатами, деталями на станках, гото­выми деталями с заданным номером чертежа.

Функционирование системы осуществляется в полуавтоматиче­ском режиме, где оператор реализует непосредственное управление ТНС на основании плановых заданий. Оператор и ЭВМ обеспечивают информацией в диалоговом режиме через терминал, установлен­ный на диспетчерском пункте ТНС.

Системы управления станками в ГПС позволяют решить ряд задач: передавать управляющую информацию из ЭВМ верхнего уровня на технические средства непосредственного управления оборудованием; собирать, подготавливать и передавать оперативную ин­формацию о фактическом использовании оборудования.

Система управления может быть построена по централизован­ной двухуровневой или децентрализованной трехуровневой схеме управления. Первая включает ЭВМ как верхний уровень управления, а технические средства непосредственного управления оборудованием как нижний уровень управления. При трехуровневой системе между ЭВМ верхнего уровня и техническими средствами непосредственного управления имеется ЭВМ, принимающая на себя часть функций верхнего уровня.

В обеих схемах на ЭВМ верхнего уровня решаются задачи: ор­ганизация оперативной библиотеки УП для станков с ЧПУ, включая входной контроль УП, уплотнение и разуплотнение информации; соз­дание и сопровождение модели ТНС; выдача управляющей информа­ции по каналам связи на следующий уровень СУО, в соответствии с плановым заданием; прием и обработка данных о фактическом ис­пользовании станков.

Большинство технических средств непосредственного управле­ния основным и вспомогательным оборудованием строится на базе интегральных схем различной степени интеграции, а алгоритмы управления реализуются аппаратным путем. В этих системах опера­тивная память обеспечивает хранение одного кадра управляющей информации для вспомогательного оборудования и двух кадров для основного оборудования.

Применение МПТ и микроЭВМ привело к качественным изме­нениям в технике управления.

Появилась возможность унификации аппаратных решений. УЧПУ реализуется на базе микроЭВМ «Электроника-60», «Электроника НЦ-31» и «Электроника НЦ80-31». Система «Электроника НЦ80-31» обладает модульной структурой и позволяет увеличивать число управляемых координат наращиванием модулей, в том числе модуля программируемого командоаппарата..

Устройство ЧПУ для каждой из групп имеет свои особенности, определяемые конструкцией станка и технологией обработки. Внутри групп можно провести деления по различным признакам: числу управляемых координат (один, два и т.д.), числу одновременно управляемых координат (три, четыре и т.д.), виду программоносителя, приводу подач, типу электронных элементов и т.д.

Виды структур СЧПУ можно подразделить на две большие группы:

1. Устройство с постоянной структурой (NC – Numerical Control), имеющее схемную реализацию алгоритмов работы (интерполяции, типовых циклов и т.д.).

2. Устройство с программной реализацией большинства алго­ритмов работы (CNC-Computer NC), которые записываются в ПЗУ при изготовлении УЧПУ.

ГЛАВА 3

Система ЧПУ включает в себя ряд устройств, обеспечивающих считывание вводимой информации и преобразование ее в сигналы управления исполнительными двигателями станка и робота. В на­стоящее время конструкция УЧПУ зависит от типа программоносите­ля и способа ввода информации в УЧПУ.

Устройства ввода программ обеспечивают ввод программ в ши­роком смысле этого термина (оперативное с внешней памяти, звуко­вое, световое и др.), т.е. считывание информации с программоносителя и передачи ее в виде электрических сигналов в специальных УЧПУ для дальнейшей обработки. Информация с перфолент считывается последовательным и параллельным способами. При последовательном способе программоноситель перемещается на шаг между строками и начинается считывание другой. Обработка информации происходит после считывания ее со всего кадра и записи в запоминающем уст­ройстве. При параллельном способе одновременно считывается ин­формация всего кадра и поэтому запоминающего устройства не тре­буется. Для считывания информации с перфолент применяют фото­электрические (со скоростью считывания 300 - 1000 строк/с) и элек­тромеханические устройства.

Рисунок 3 – Схема фотосчитывающего устройства и лентопротяжного

механизма

На рисунке 3 представлено фотосчитывающее устройство (ФСУ) СЧПУ модели 2Р22 с элементами лентопротяжного механизма.

Транспортный ролик 1 непрерывно находится во вращательном движе-

жении. При подаче команды на протягивание ленты 2 включается транспортный магнит 3, якорь 4 которого прижимает к ленте ролик 5. В результате лента начинает протягиваться, разгоняясь при этом до скорости, определяемой частотой вращения транспортного ролика. Время разгона составляет 4-5 мс. Перфолента протягивается через оптический блок, состоящий из лампы 6, линзы 7 и фотодиодов 8.

Лампа, освещая перфоленту, при наличии в последней отвер­стий, коммутирует определенные фотодиоды, которые формируют параллельный код числа (или знака), пробитого в данной строке пер­фоленты в виде соответствующей комбинации напряжений, переда­ваемых дальше для обработки. Торможение по окончании протяжки перфоленты осуществляется якорем 9 при включении тормозного магнита 10 и отключении транспортного магнита 3. Время торможе­ния – 1,5-2 м/с. Фотосчитывающее устройство может работать в трех режимах.

1. Покадровое считывание, при котором перфолента после по­ступления стартового сигнала движется до конца кадра, отмеченного

специальной меткой.

2. Построчное считывание информации (стартстопный режим), при котором перфолента после поступления стартового сигнала пере­мещается на одну строку и останавливается до поступления следую­щего стартового сигнала. Этот режим удобен при наладке СЧПУ.

3. Возврат в исходное положение всей обработанной бобины перфоленты, т.е. перемотка.

Достоинства и недостатки определяются не только качеством деталей, из которых собрано ФСУ, но и культурой производства, на котором собирают СЧПУ. Невысокая стойкость бумажной перфоленты (до 200 прогонов) обусловливает и возможные ошибки УЧПУ в систе­ме выдачи исполнительных команд на приводы.

Устройство для считывания информации с магнитной ленты представлено на рисунке 4. Принцип записи программы на магнитную ленту основан на способности ферромагнитных материалов сохранять состояние остаточного намагничивания в виде диполей, соответст­вующих напряженности магнитного поля, которая создается при за­писи программы.

Применяются магнитные ленты шириной 35 и 19 мм, а также компактные кассеты МК-61, позволяющие записывать УП на 4-12 дорожках одновременно.

Магнитная лента 1 перемещается относительно магнитных голо­вок 2 (количество головок соответствует количеству кодовых дорожек) с постоянной скоростью. Привод ведущего вала ленточного механизма 3 осуществляет электродвигатель 4, к которому с помощью ролика 5 прижимается магнитная лента. Электродвигатель имеет очень жест­кую характеристику и практически не изменяет скорость вращения под нагрузкой, что обеспечивает постоянство скорости перемещения ленты. Электродвигатели 6 предназначены для натягивания ленты, работая в режиме намотка-тормоз, они имеют мягкие характеристи­ки, позволяющие плавно снижать угловую скорость кассеты по мере заполнения ее лентой. Магнитная лента обычно перемещается со ско­ростью 100-200 мм/с.

Рисунок 4 – Схема устройства для считывания информации с магнитной ленты

Магнитная головка 2 является одной из основных частей считы­вающего устройства и состоит из сердечника и обмотки. Сердечник состоит из двух полуголовок, разделенных рабочим и задним зазора­ми. При считывании на магнитную ленту управляющей программы диполи, проходя рабочий зазор магнитной головки, создают в ней пе­ременный магнитный поток, который возбуждает ЭДС в катушках магнитной головки, и на выходе считывающего устройства появляют­ся соответствующие электрические импульсы. Для работы УЧПУ тре­буется, чтобы сигнал считывания с магнитной головки был не менее 12-14 мВ. Значение сигнала считывания её зависит от многих факто­ров.

,

где W – число витков обмотки считывания;

g - скорость перемещения магнитной ленты, м/с;

B_g - остаточная индукция магнитного покрытия ленты, Тл;

d – толщина магнитного покрытия, мм;

b – ширина магнитного отпечатка сигнала управления, мм;

1_отп – суммарная длина магнитного отпечатка, мм;

l_ст - длина отпечатка при подвижной магнитной ленте, мм;

h - КПД магнитной головки;

d - воздушный зазор между магнитной головкой и магнитным по­крытием ленты, мм (не более 0,1 мм).

К достоинствам магнитной ленты необходимо отнести возмож­ность многократного применения при смене текста управляющих программ.

Дата добавления: 2015-04-29