Тема 3.2 Системы числового программного управления промышленным оборудованием

1. Классификация СЧПУ

2. Структура систем числового программного управления

 

1. Система числового программного управления – комплекс устройств и оборудования, включающий в себя: УЧПУ; объект управления; электроавтоматические устройства, осуществляющие непосредственное управление узлами объекта; оснастку и инструмент; программное и математическое обеспечение; средства контроля.

УЧПУ можно классифицировать по различным признакам.

Классификация систем по особенностям структуры системы ЧПУ: контурные и комбинированные системы ЧПУ

Контурные системы ЧПУ позволяют производить обработку криволинейных поверхностей при фрезеровании, точении, шлифовании и других видах металлообработки. В этих системах программируется траектория перемещения режущего инструмента, поэтому их часто называют системами управления движением.

Комбинированные системы ЧПУ представляют собой сочетание позиционных и контурных и называются также универсальными. Они находят применение в многооперационных станках, где требуется позиционно-контурное управление.

При обозначении модели станка с ЧПУ, оснащенного позиционной системой, к ней добавляют индекс «Ф₂», оснащенного контурной системой — индекс «Ф_З» и комбинированной - индекс «Ф₄». Индекс «Ф₁» в обозначении модели станка свидетельствует об оснащении станка цифровой индикацией и ручным управлением.

Позиционные системы ЧПУ

Системы ЧПУ металлорежущими станками классифицируются по различным признакам. По виду рабочих движений станка системы ЧПУ могут быть разделены на позиционные, контурные и комбинированные.

Позиционные системы ЧПУ позволяют производить относительное перемещение инструмента и заготовки от одной точки (позиции) к другой.

Такое управление используется в сверлильных, расточных и других станках, на которых обработка выполняется после установки инструмента в заданной позиции.

Поскольку основной задачей для таких систем является перемещение инструмента (детали) в заданные координаты, их называют также системами координатного управления и управления положением.

2. При разработке современных универсальных УЧПУ стремятся придать этим устройствам свойства унификации, т. е. создают их на базе унифицированных узлов, которые обладают большой функциональной гибкостью. При разработке УЧПУ предусматривают более полную автоматизацию программирования, возможность встраивания УЧПУ в объект управления, который в свою очередь может встраиваться в технологический модуль или более крупный технологический комплекс, а также стыковку УЧПУ с другими УЧПУ, СЧПУ и ЭВМ более высокого ранга.

Применяемые микроЭВМ своей функциональной структурой и математическим обеспечением проблемно сориентированы на управление всевозможными технологическими объектами. В микроЭВМ организация вычислительного процесса и операции логики предусматривает осуществление обработки информации управления, передачи данных и принятия информации с объекта управления в реальном масштабе времени.

Для упрощения проблемной ориентации микроЭВМ и другие устройства архитектурно, функционально и конструктивно оформляют в виде отдельных модулей. Универсальные УЧПУ, созданные на базе микро-ЭВМ, могут включать в себя различные функциональные модули.

Микропроцессорный модуль (МП) может включать в себя основной и вспомогательный микропроцессоры, причем основной обрабатывает информацию управления и планирования, а вспомогательный работает над подготовкой информации. Например, вспомогательный микропроцессор работает в системе автоматического программирования, рассчитывает траекторию движения методом линейно-круговой интерполяции, а основной обрабатывает информацию управления всеми устройствами. В МП метод обмена информацией магистральный, а управление имеет микропрограммную организацию, поэтому МП включает в себя, как правило, самостоятельный модуль микропрограммного управления. В МП могут входить буферные регистры для удобства оперирования форматами данных. Кроме того, МП могут быть многосекционными, что дает возможность наращивать секции и оперировать любыми необходимыми форматами. Модуль устройства управления (УУ) обеспечивает организацию управления устройствами СЧПУ.

Модуль оперативной памяти (ОП) предназначен для хранения оперативной информации. В него может входить модуль стековой памяти для организации всевозможных прерываний УП («стек» от англ. слова штабель, кипа). Этот модуль предназначен для запоминания данных перед прерыванием УП. Стековые регистры запоминают содержимое счетчиков, адреса данных перед прерыванием для восстановления их в основной программе после возвращения из прерывания (данные регистры обмениваются информацией в следующем порядке: первый адрес записывается, последний считывается).

Модули постоянной памяти неперепрограммируемые в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) и перепрограммируемые в виде перепрограммируемого запоминающего устройства (ППЗУ) предназначены для хранения постоянной информации.

В модулях буферной памяти хранится промежуточная информация, что дает возможность обмениваться пакетированными данными, а также обмениваться информацией с устройствами, работающими с разными скоростями.

Интерфейсные модули типа адаптера служат для связи с различными терминалами (пульт индикации, печатающее устройство, дисплей и т. д.).

Модули микроконтроллеров (МК) управляют всевозможными внешними устройствами при общем управлении центральным процессором.

Модули интервального таймера предназначены для задания временных интервалов, необходимых для согласования работающих устройств.

Модули связи с объектом управления включают в себя устройства ЦАП и АЦП и микроконтроллеры, управляющие ими, которые служат для преобразования сигналов УЧПУ и электроавтоматических устройств станка в необходимый вид; логические микроконтроллеры, которые обрабатывают команды, подаваемые на ОУ в микроконтроллере заданные логические уравнения управления рабочими органами преобразуются в сигналы, формирующие логико-временные циклы управления электроавтоматическими устройствами.

Модули операционных устройств (программные адаптеры) преобразуют информацию одного вида в информацию другого вида. Модули адаптивного управления предназначены для сбора, обработки технологической информации и организации корректирующей УП.

Структурная схема типового универсального УЧПУ показана на рисунке 38. Устройство состоит из нескольких типовых модулей.

Рисунок 38 Структурная схема типового универсального УЧПУ

 

Процессор (Пр) является программированным преобразователем информации и включает в себя: арифметико-логическое устройство (АЛУ), служащее для математической обработки информации и выполнения операций анализа; устройство управления (УУ) обеспечивает управление работой процессора по микропрограммному алгоритму (одноуровневая или многоуровневая организация управления).

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для хранения управляющих и организующих программ, управляющих программ для управления электроавтоматическими устройствами станка с помощью программируемого командоконтроллера, для хранения параметров технологического объекта и УЧПУ, массивов, обслуживающих и корректирующих программ, стандартных подпрограмм и других массивов данных. ПЗУ хранит программы стандартных циклов (процедур), УП обработки информации, стандартные микропрограммы управления различными устройствами с помощью адаптеров (адаптеры управления приводами, пультом индикации и т. д.), стандартные программы управления другими аппаратными средствами.

ППЗУслужит для записи программы логических микроконтроллеров, управляющих электроавтоматическими устройствами технологического объекта, записи УП контроллеров обращения к внешним устройствам, записи тестовых программ и т. д.

Пульт оператора (ПО)предназначен для оперативного вмешательства в работу СЧПУ, т. е. подачи команд ручного управления, назначения режимов работы, для просмотра УП, ее редактирования, контроля работы системы, диалога с УЧПУ и т.д.

К внешним устройствам (ВУ)могут относиться: системы тестового контроля, видеомониторы (устройства, включающие в себя дисплей и клавиатуру для загрузки УЧПУ командами или управляющими программами, для вызова и просмотра их), видеотерминалы, всевозможные печатающие устройства (принтеры), пульты программирования в коде ISO или в машинно-ориентированном языке, пульты программирования УП электроавтоматическими устройствами технологического оборудования, вычислительные системы автоматического программирования и ЭВМ более высокого ранга.

Таймер (Т)организует метки реального масштаба времени, необходимые для управления всеми устройствами, в том числе и объектом управления.

Интерфейс типа контроллера обмена (КО1)служит для обеспечения связи УЧПУ с внешними устройствами управления, управления обменом информацией со всеми внешними устройствами.

Связь с объектом управления и основными устройствами объекта осуществляется через стандартный интерфейс типа Q = bus, представляющий собой контроллер управления обменом информации, и магистраль обмена на 16 разрядов. Контроллер обмена с объектом управления (К02)обеспечивает управление обменом информацией между технологическим объектом и УЧПУ с помощью шин местного интерфейса (ШИ).

Многоканальные аналого-цифровые преобразователи (АЦП)служат для преобразования аналоговых сигналов, полученных от датчиков обратной связи (ЦОС), расположенных в технологическом объекте, вцифровой код УЧПУ (число каналов обусловлено числом управляемых координат).

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП)преобразуют цифровые коды в аналоговые сигналы и выдают их на исполнительные устройства (на электроавто­матические устройства и приводы).

Узлы приема (ПК)и вывода (ВК)кодов являются как бы буферными портовыми устройствами для временного хранения информации обмена, расшифровки адресов команд и т. д.

Технологический объект (ТО)с исполнительными механизмами, электроавтоматическими устройствами (ЭУ)и измерительной системой реализует команды управления и контроль исполнения с помощью ДОС.