Системы числового программного управления станками

СИСТЕМЫ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ

Структура систем ЧПУ

В общем виде структуру комплекса «Станок с ЧПУ» можно представить в виде трех блоков, каждый из которых выполняет свою задачу: управляющая программа (УП), устройство ЧПУ (УЧПУ) и собственно станок (рис.1.1).

Рис. 1.1. Функциональная схема управления станком с ЧПУ

^ КОМПЛЕКС «СТАНОК С ЧПУ»

Все блоки комплекса работают взаимосвязано в единой структуре. Управляющая программа содержит укрупненное кодированное описание всех стадий геометрического и технологического образования изделия. Это описание не должно допускать двусмысленных трактований. В устройстве ЧПУ управляющая информация в соответствии с УП транслируется, а затем используется в вычислительном цикле. Результатом является формирование оперативных команд в реальном масштабе машинного времени станка.

Станок является основным потребителем управляющей информации, исполнительной частью, объектом управления, а в конструктивном отношении — несущей конструкцией, на которой смонтированы механизмы с автоматическим управлением, приспособленные к приему оперативных команд от УЧПУ. К числу подобных механизмов относятся, прежде всего, те, которые непосредственно участвуют в геометрическом формообразовании изделия. В зависимости от числа координат движений, задаваемых механизмами подачи, складывается система координат обработки. Система координат может быть плоская, пространственная трехмерная, пространственная многомерная. Функциональность реальной системы ЧПУ (СЧПУ) определяется степенью реализации целого ряда функций при управлении оборудованием. Рассмотрим краткую характеристику этих функций.

^ Ввод и хранение системного программного обеспечения (СПО). К СПО относят совокупность программ, отражающих алгоритмы функционирования конкретного объекта. В УЧПУ низших классов СПО заложено конструктивно и не может быть изменено, и УЧПУ может управлять лишь данным объектом (например, только станками токарной группы с двумя координатами). В многоцелевых системах, обеспечивающих управление широким классом объектов, при настройке СЧПУ для решения определенного круга задач СПО вводится извне. Это необходимо, поскольку у разных объектов существуют различия в алгоритмах формообразования по числу координат управления, скоростям и ускорениям движения инструмента. Разнообразие типов приводов и состава технологических команд объектов ведет к различиям в количестве и характере сигналов обмена.

В автономных многоцелевых устройствах управления СПО вводится с перфоленты, с дискеты, с компакт-диска (CD), а в автоматизированных устройствах (в составе АСУ ТП, ГАП,) — по каналу связи с ЭВМ верхнего уровня. Естественно, что СПО хранится в памяти системы до тех пор, пока не меняется объект управления. При замене объекта управления (например, вместо токарного станка к СЧПУ подключается промышленный робот) необходим ввод в СЧПУ новых программ (СПО), которые определили бы алгоритмы функционирования этого нового объекта.

Необходимо различать СПО и управляющие программы: СПО остается неизменным для данного объекта управления, а УП изменяются при изготовлении разных деталей на одном и том же объекте. В многоцелевых СЧПУ память для хранения СПО должна быть энергонезависимой, т.е. сохранять информацию при пропадании напряжения питающей сети.

^ Ввод и хранение УП. Управляющая программа может вводиться в СЧПУ с пульта управления, с дискеты или по каналам связи с ЭВМ высшего уровня. Память для хранения УП, которая обычно представляется в коде ИСО, должна быть энергонезависимой. В СЧПУ высших классов УП обычно вводится сразу и целиком и запоминается в оперативной памяти системы. Мощные компьютерные УЧПУ позволяют записывать и хранить большое количество УП в памяти своей ЭВМ.

^ Интерпретация кадра. Управляющая программа состоит из составных частей — кадров. Отработка очередного кадра требует проведения ряда предварительных процедур, называемых интерпретацией кадра. Для непрерывности контурного управления процедуры интерпретации i 1-го кадра должны быть реализованы во время управления объектом по i -му кадру. Иначе говоря, система управления должна быть готова к немедленной (без перерывов на чтение и распознавание кадров) выдаче команд управления в соответствии с командами последующего кадра после исполнения команд, заложенных в кадре текущем.

Интерполяция. СЧПУ должна обеспечить с требуемой точностью автоматическое получение (расчет) координат промежуточных точек траектории движения элементов управляемого объекта по координатам крайних точек и заданной функции интерполяции.

^ Управление приводами подач. Сложность управления зависит от типа привода. В общем случае задача сводится к организации цифровых позиционных следящих систем для каждой координаты. На вход такой системы поступают коды (код), соответствующие результатам интерполяции. Этим кодам должно отвечать положение по координате (линейное или угловое) перемещающегося объекта. Определение действительного положения перемещающегося объекта и сообщение о нем в систему управления осуществляются датчиками обратной связи. Кроме управления в режиме движения по заданной траектории необходима организация и некоторых вспомогательных режимов: согласование системы управления приводами с истинным положением датчиков обратной связи, установка системы приводов в фиксированный нуль станка, контроль выхода за допустимые значения координат, автоматический выход приводов в режим торможения по определенным законам и др.

^ Управление приводом главного движения. Управление предусматривает включение и отключение привода, стабилизацию скорости, а в некоторых случаях — управление углом поворота как дополнительной координатой.

^ Логическое управление. Это управление технологическими узлами дискретного действия, входные сигналы которых производят операции типа «включить», «отключить», а выходные фиксируют состояния «включено», «отключено». В последнее время появились УЧПУ высочайшего уровня, обладающие свойствами нестандартной логики, своего рода высоким интеллектуальным уровнем.

^ Коррекция на размеры инструмента. Коррекция УП на длину инструмента сводится к параллельному переносу координат, т.е. смещению. Учет фактического радиуса инструмента сводится к формированию такой траектории, которая является эквидистантной запрограммированной. В ряде УЧПУ высокого уровня возможна коррекция и учет в УП до 15 различных параметров инструмента.

^ Реализация циклов. Выделение повторяющихся (стандартных) участков программы, называемых циклами, является эффективным методом сокращения УП. Так называемые фиксированные циклы характерны для определенных технологических операций (сверления, зенке­рования, растачивания, нарезания резьбы и т. п.) и встречаются при изготовлении многих изделий. При разработке УП фиксированные циклы указываются в программе, а их отработка ведется в соответствии с определенной подпрограммой, заложенной в память СЧПУ системой программного обеспечения или конструктивной схемой. В УЧПУ высокого уровня в памяти управляющей ЭВМ может храниться, а, следовательно, может быть оперативно использовано до 500 стандартных циклов и подпрограмм.

Программные технологические циклы соответствуют повторяющимся участкам данной обрабатываемой детали. Эти циклы в определенных СЧПУ также могут быть выделены и занесены в оперативную память СЧПУ, а при повторениях в соответствии с командами УП реализовываться с вызовом их из оперативной памяти.

^ Смена инструмента. Эта функция характерна для многоинструментальных и многоцелевых станков. Задача смены инструмента в общем случае имеет две фазы: поиск гнезда магазина с требуемым инструментом и замену отработавшего инструмента на новый. В ГАП со складом инструментов имеются сложные системы автоматического снабжения (замены) инструментов магазинов станков.

^ Коррекция погрешностей механических и измерительных устройств. Любой конкретный агрегат механообработки (т.е. объект управления) можно аттестовать с помощью измерительных средств достаточно высокого класса точности. Результаты такой аттестации в виде таблиц погрешностей (внутришаговая ошибка, накопленная ошибка, люфты, температурные погрешности) заносятся в память СЧПУ. При работе системы текущие показания датчиков агрегатов корректируются данными из таблиц погрешностей. Системы высокого уровня имеют встроенные контрольно-измерительные комплексы, контролирующие основные параметры станка в так называемом фоновом режиме. Результаты контроля тотчас же используются для проведения необходимых коррекций.

^ Адаптивное управление обработкой. Для осуществления такого управления необходимая информация получается от специально установленных датчиков, с помощью которых измеряют момент сопротивления резанию или составляющие сил резания, мощность привода главного движения, вибрацию, температуру, износ инструмента и др. Чаще всего адаптация осуществляется изменением контурной скорости или скорости привода главного движения.

^ Накопление статистической информации. К статистической информации относятся фиксация текущего времени и времени работы системы и ее отдельных узлов, определение коэффициента загрузки оборудования, учет изготовленной продукции, фиксация ее отдельных параметров и т.д.

^ Автоматический встроенный контроль. Организация такого контроля в зоне обработки особенно актуальна для ГАП. Непрерывный контроль по формируемым размерам обрабатываемого изделия — одна из основных задач повышения качеств обработки.

^ Дополнительные функции. К дополнительным функциям можно отнести следующие: обмен информацией с ЭВМ верхнего уровня, согласованное управление оборудованием технологического модуля, управление элементами автоматической транспортно-складской системы, управление внешними устройствами, связь с оператором, техническую диагностику технологического оборудования и самой системы ЧПУ, оптимизацию отдельных режимов и циклов технологического процесса и др.

^ ИНФОРМАЦИОННАЯ СТРУКТУРА СЧПУ СТАНКАМИ

К СЧПУ относят средства, участвующие в выработке по заданной программе управляющих воздействий на исполнительные органы станка и другие механизмы, средства внесения и управляющее воздействие внешних и адаптивных поправок, а также средства диагностики и контроля работоспособности СЧПУ и станка при изготовлении детали. СЧПУ станком должна включать: технические средства; программное обеспечение (для программируемых СЧПУ); эксплуатационную документацию.

К техническим средствам СЧПУ относятся: вычислительно-логическая часть (включая запоминающие устройства различного типа для программируемых систем); средства формирования воздействий на исполнительные органы станка (приводы подач и главного движения, исполнительные аппараты электроавтоматики и др.); средства связи с источниками информации о состоянии управляемого объекта (измерительными преобразователями различных видов, устройствами контроля, адаптации, диагностики и др.); средства, обеспечивающие взаимодействие с внешними системами и периферийными устройствами (каналы связи с ЭВМ высшего ранга и др.). Технические средства, входящие в состав СЧПУ, обычно конструктивно оформляются в виде автономного устройства — УЧПУ.

Основными классификационными признаками СЧПУ являются уровень сложности управляемого оборудования и число осей, связанных решением единой интерполяционной задачи во времени. По этому признаку СЧПУ станками подразделяют на следующие группы:

 

• 
  СЧПУ с прямоугольным формообразованием по одной оси координат;
• 
  СЧПУ с контурным формообразованием при ограниченном составе функций по двум или трем осям координат (информационным каналам);
• 
  СЧПУ срасширенными функциональными возможностями для оснащения многоцелевых станков и станков со сложным объемным формообразованием по четырем—пяти осям координат (информационным каналам);
• 
  СЧПУ с расширенными функциональными возможностями, включая специальные задачи управления, для оснащения тяжелых и уникальных станков и станочных модулей по 10—12 осям координат (информационным каналам).

Сложность структуры СЧПУ определяется по информационным признакам и оценивается числом и характером информационных каналов, используемых при работе системы. В связи с тем, что информационное назначение устройств и их элементов, входящих в СЧПУ, различно, их относят к различным иерархическим рангам. Обычно СЧПУ станками имеет двух- или трехранговую структуру, обеспечивая при этом выходы на более высокие ранги для работы в качестве компонентов ГПС, автоматизированных линий, участков и других производственных комплексов.

При структурно-информационном анализе СЧПУ принято определенное распределение уровней и информационных каналов.

Уровень 0-го ранга — это совокупность таких факторов, как температура, качество материалов, данные контрольно-измерительной аппаратуры и др.

Уровень 1-го ранга — это преобразователи, формирующие информацию каналов:

— по положению исполнительных органов станка,

— по технологическим и размерным параметрам, характеризующим состояние технологической системы;

 

• 
  по параметрам возмущений, вносимых в технологическую систему;
• 
  по точности детали, обрабатываемой на станке;
• 
  по замене приспособлений, инструмента и готовности станка;
• 
  по наблюдению за правильным ходом процесса резания и регистрации возникающих неполадок, а также выработке способов их устранения.

Уровень 2-го ранга — это совокупность исполнительных регулируемых приводов и исполнительных механизмов станка:

основных, осуществляющих программное перемещение исполнительных органов,

вспомогательных, выполняющих различного рода технологические команды, в том числе при помощи робота

дополнительных, предназначенных для подналадочных и корректирующих перемещений.

Уровень 3-го ранга — уровень технических средств СЧПУ.

Уровни 4-го и более высоких рангов выходят за пределы СЧПУ и станка. К уровню 4-го ранга относится, например, внешняя ЭВМ.

В наиболее общем случае СЧПУ металлорежущими станками имеют трехранговую структуру.

 

Классификация устройств ЧПУ

К УЧПУ сходятся все нити управления автоматическими механизмами станка. Конструктивно УЧПУ выполнено как автономный электронный агрегат, имеющий устройство ввода УП, вычислительную часть, электрический канал связи с автоматическими механизмами станка.

Внешний вид УЧПУ во многом определен панелью управления, с которой осуществляется выбор одного из следующих режимов управления станком: ручной, наладка, полуавтоматический, автоматический; производится исправление программы в период ее отладки, вводится коррекция, ведется контроль за выполнением команд и наблюдение за правильной работой станка и самого устройства ЧПУ и др. Панель управления (пульт) УЧПУ, в свою очередь, определяется системой программирования, принятой для данного устройства, характерными признаками принятой системы программного управления, классом СЧПУ.

В соответствии с международной классификацией все УЧПУ по уровню технических возможностей делятся на следующие основные классы: NC (Numerical Control); SNC(Stored Numerical Control); CNC (Computer Numerical Control); DNC (Direct Numerical Control); HNC (Handled Numerical Control); VNC (Voise Numerical Control).

Структурно-информационный анализ этих систем достаточно сложен, хотя позволяет выделить в них наличие определенных функциональных элементов и информационных каналов. Классификация для реальных УЧПУ также является условной, поскольку реализация функций ЧПУ может быть такой, что реальный вариант системы управления представляет собой синтез отдельных признаков систем разных классов. Особенно это относится к УЧПУ с признаками класса DNC, которые реализуются как системы классов DNC-NC, DNC-SNC, DNC-CNC и др. к УЧПУ класса CNC, которые реализуются как системы VNC, CNC-HNC и др.

СИСТЕМЫ КЛАССОВ NC И SNC

Станки, оснащенные УЧПУ классов NC и SNC, в настоящее время еще имеются в практике предприятий, но выпуск систем этих классов уже прекращен. Это наиболее простые системы управления с ограниченным числом информационных каналов. В составе этих систем отсутствует оперативная ЭВМ, и весь поток информации обычно замыкается на уровне 3-го ранга. Внешним признаком УЧПУ классов NC и SNC является способ считывания и отработки УП.

^ Системы класса NC.

В системах класса NC принято покадровое чтение перфоленты на протяжении цикла обработки каждой заготовки. Системы класса NC работают в следующем режиме. После включения станка и УЧПУ читаются первый и второй кадры программы. Как только заканчивается их чтение, станок начинает выполнять команды первого кадра. В это время информация второго кадра программы находится в запоминающем устройстве УЧПУ. После выполнения первого кадра станок начинает отрабатывать второй кадр, который для этого выводится из запоминающего устройства. В процессе отработки станком второго кадра система читает третий кадр программы, который вводится в освободившееся от информации второго кадра запоминающее устройство, и т.д.

Основным недостатком рассмотренного режима работы является то, что для обработки каждой следующей заготовки из партии системе ЧПУ приходится вновь читать все кадры перфоленты, в процессе такого чтения нередко возникают сбои из-за недостаточно надежной работы считывающих устройств УЧПУ. В результате отдельные детали из партии могут оказаться бракованными. Кроме того, при таком режиме работы перфолента быстро изнашивается и загрязняется, что еще более увеличивает вероятность сбоев при чтении. Наконец, если в кадре записаны действия, которые станок выполняет очень быстро, то УЧПУ за это время может не успеть прочитать следующий кадр, что также ведет к сбоям.

В настоящее время УЧПУ класса ^ NC уже не выпускаются.
Системы класса SNC.

Эти системы сохраняют все свойства систем класса NC, но отличаются от них увеличенным объемом памяти. Системы класса SNC позволяют прочитать все кадры программы и разместить информацию в запоминающем устройстве большой емкости. Перфолента читается только один раз перед обработкой всей партии одинаковых деталей и поэтому мало изнашивается. Все заготовки обрабатываются по сигналам из запоминающего устройства, что резко уменьшает вероятность сбоев, а, следовательно, и брак деталей. В настоящее время УЧПУ класса SNC уже не выпускаются. Однако схема работы этих систем является очень показательной и определяет существо программного управления. При работе станка, управляемого системой NC или SNC, кодированная программа вводится на перфоленте. Кроме того, отдельные команды могут быть введены с пульта управления УЧПУ или с панели управления станком. Информация с перфоленты через блоки ввода и декодирования поступает в память. При работе станка в автоматическом режиме команды программы, обработанные интерполятором, через блоки управления поступают к приводам. Скорость приводов регулируется по данным системы обратной связи, а перемещения для приводов подач — по данным путевых датчиков перемещения ПД
СИСТЕМЫ КЛАССОВ CNC, DNC, HNC

Развитие вычислительной техники, уменьшение габаритов ее элементов, расширение функциональных возможностей позволило создать УЧПУ на базе ЭВМ, установив, мощную вычислительную технику прямо к станку в производственные цеха. Новые системе совместили функции управления станком и решение почти всех задач подготовки УП.

^ Системы класса CNC

Основу УЧПУ класса CNC составляют:

 

• 
  компьютер, запрограммированный на выполнение функций числового программного управления,
• 
  блоки связи с координатными приводами, блоки выдачи технологических команд в требуемой логической последовательности,
• 
  системные органы управления и индикации,
• 
  каналы обмена данными с центральной ЭВМ верхнего уровня.

В системах класса CNC возможно в период эксплуатации изменять и корректировать как УП обработки детали, так и программы функционирования самой системы в целях максимального учета особенностей данного станка. Каждая из выполняемых функций обеспечивается своим комплексом подпрограмм. Подпрограммы увязываются общей координирующей программой-диспетчером, осуществляющей гибкое взаимодействие всех блоков системы.

Программный комплекс системы управления может быть построен по модульному принципу. Основные модули у такой системы:

 

• 
  программа управления загрузкой УП, включая подпрограммы ввода и расшифровки кадра;
• 
  программа управления станком, включающая подпрограмму управления координатными перемещениями и подпрограмму выполнения технологических команд.

Программа управления координатными перемещениями состоит из блоков интерполяции, задания скорости, управления быстрым ходом, а эти блоки, в свою очередь, включают следующие модули:

 

• 
  программу подготовки данных;
• 
  организующую программу-диспетчер;
• 
  драйверы — стандартные операторы для работы с внешними устройствами.

В запоминающее устройство системы CNC УП может быть введена полностью не только с дискеты или по каналу внешней связи, но и отдельными кадрами — вручную с пульта УЧПУ. В кадрах программы могут записываться не только команды на задания отдельных движений рабочих органов, но и команды, задающие целые группы движений, называемые постоянными циклами, которые хранятся в запоминающем устройстве СПУ. Ряд систем имеет библиотеку типовых программ, встроенную САП и т.д. Это приводит к резкому уменьшению числа кадров УП, к сокращению сроков ее подготовки и повышению надежности работы станка.

Системы класса ^ CNC позволяют достаточно просто выполнять врежиме диалога доработку и отладку УП и их редактирование, используя ручной ввод информации и вывод ее на дисплей, а также получить отредактированную и отработанную программу на магнитном диске (дискете) и т.п. В процессе работы допускаются самые различные виды коррекций.

Достоинства систем класса CNC:

низкая стоимость,

малые габариты,

высокая надежность,

многие УЧПУ этого класса имеют математическое обеспечение, с помощью которого можно учитывать и автоматически корректировать постоянные погрешности станка и тем самым влиять на совокупность причин, определяющих точность обработки,

использование систем контроля и диагностики повышает надежность и работоспособность станков с УЧПУ класса ^ CNC.

Некоторые УЧПУ класса CNC имеют специальные тест-программы для проверки работоспособности всех структурных частей системы. Эти тест-программы отрабатываются при каждом включении устройства, и в случае исправности всех частей возникает сигнал готовности системы к работе. В процессе работы станка и УЧПУ тест-программы частями отрабатываются в так называемом фоновом режиме, не мешая отработке основной УП. В случае появления неисправности на табло световой индикации возникает ее код, затем с помощью кода по таблице определяются место и причина неисправности. Кроме того, система определяет ошибки, связанные с неправильной эксплуатацией устройства или с превышением параметров теплового режима, позволяет найти напряжение для питания и другие параметры.

Неотъемлемой частью УЧПУ класса CNC является обширная встроенная память, которая может быть использована в качестве архива УП.

Весьма важным средством оптимизации связи процессорного УЧПУ и станка является введение в память параметров или констант станка. С помощью этих констант могут быть автоматически учтены ограничения на зону обработки, заданы требования к динамике конкретных приводов, сформированы фазовые траектории разгонов и торможений, учтены конкретные особенности коробок скоростей, приводов подач, скомпенсированы систематические погрешности этих передач и др.

Реальное представление УЧПУ класса CNC высокого уровня предполагает наличие двух пультов — панель оператора и станочный пульт, совмещение блоков ЧПУ с программируемым контроллером, раздельного типа системы управления приводами подач и шпинделя. Система отличается простым программированием и пользовательским комфортом, обеспечивает все виды функций современного УЧПУ, усиленную систем коррекции по компенсации люфта, ошибок измерительной системы, ошибок хода винта, ошибок УП, имеет набор стандартных циклов для программирования, универсальный интерфейс и т.п.

^ Системы класса DNC

Системами класса DNC можно управлять непосредственно по приводам от центральной ЭВМ, минуя считывающее устройство станка. Однако наличие ЭВМ не означает, что необходимость в УЧПУ у станков полностью отпадает. В одном из наиболее распространенных вариантов систем DNC каждый вид оборудования на участке сохраняет свои УЧПУ классов NC, SNC, CNC. Нормальным для такого участка является режим работы с управлением от ЭВМ, но в условиях временного выхода из строя ЭВМ такой участок сохраняет работоспособность, поскольку каждый вид оборудования может работать с помощью дискеты, подготовленной заранее на случай аварийной ситуации.

В функции DNC входит управление и другим оборудованием автоматизированного участка, например автоматизированным складом, транспортной системой и промышленными роботами, а также решение некоторых организационно-экономических задач планирования и диспетчирования работы участка. Составной частью программно-математического обеспечения DNC может быть специализированная система автоматизации подготовки УП. Редактирование УП в DNC возможно на внешней ЭВМ, на которой ведется автоматизированная подготовка УП, на ЭВМ, управляющей группой станков, и на ЭВМ, встроенной в УЧПУ конкретного станка. Во всех случаях подготовленные и отредактированные УП для оборудования участка хранятся в памяти ЭВМ управляющей группой станков, откуда они передаются на станки по каналам связи.

^ Системы класса НNC

Оперативные УЧПУ класса HNC позволяют ручной ввод программ в электронную память ЭВМ УЧПУ непосредственно прямо с ее пульта. Программа, состоящая из достаточно большого числа кадров, легко набирается и исправляется с помощью клавиш или переключателей на пульте УЧПУ. После отладки она фиксируется до окончания обработки партии одинаковых заготовок. Первоначально УЧПУ класса HNC, имея упрощенную схему, в ряде случаев не обладали возможностью внесения коррекций, буферной памятью и другими элементами.

Современные УЧПУ класса ^ HNC построены на базе лучших УЧПУ класса CNC, лишь формально отличаясь от последних отсутствием устройств для ввода УП с перфолент. Но УЧПУ класса HNC имеют входное устройство для подключения внешних устройств. Новейшие модели УЧПУ класса HNC имеют повышенный объем памяти встроенной микроЭВМ. Подобные устройства позволяют вести программирование с пульта УЧПУ в режиме диалога и при использовании большого архива стандартных подпрограмм хранящихся в памяти встроенной микроЭВМ. Эти подпрограммы по команде с пульта вызываются на экран дисплея, на экране высвечиваются как схема обработки, так и текст с перечнем необходимых данных для ввода в УЧПУ по выбранной подпрограмме.

УЧПУ классов CNC, DNC, HNC обеспечивают также автоматический выбор инструмента из имеющихся в наличии в магазине станка, определяют режимы обработки выбранным инструментом для деталей из различных материалов, находят оптимальную последовательность операций и т. д. В общем случае такие системы позволяют вести подготовку УП непосредственно у станка по чертежу детали без каких-либо особых предварительных работ технологического характера. Это, естественно, накладывает повышенные требования на профессиональную подготовленность оператора станка с ЧПУ. Ряд УЧПУ рассматриваемого класса позволяют вести программирование параллельно с работой станка по ранее отработанной и хранящейся в памяти УЧПУ программе, что исключает простои станков.

УЧПУ классов CNC, DNC, HNC относятся к устройствам с переменной структурой. Основные алгоритмы работы этих устройств задаются программно и могут изменяться для различных условий, что позволяет уменьшить число модификаций УЧПУ, ускорить их освоение, в том числе УЧПУ с самоподнастраивающимися алгоритмами. УЧПУ этих классов имеют структуру ЭВМ и обладают характерными признаками вычислительной машины. Для работы УЧПУ должно быть соответствующим образом запрограммировано. Для этого подобные системы имеют специальное программно-математическое обеспечение, представляющее собой комплекс алгоритмов переработки информации, поступающей в виде УП. Математическое обеспечение может вводиться в систему через устройство ввода, как и основная УП. Тогда система ЧПУ относится к классу свободно программируемых. В иных случаях математическое обеспечение закладывается в постоянную память системы на стадии ее изготовления. Однако во всех случаях существуют возможности для изменения, дополнения, обогащения этого математического обеспечения, поэтому подобные УЧПУ обладают большой гибкостью и способностью к функциональному наращиванию.

Возможности современных УЧПУ классов CNC, DNC, HNC безграничны и определены лишь возможностями использованных в них ЭВМ.

Системы класса VNC

УЧПУ класса VNC позволяют вводить информацию непосредственно голосом. Принятая информация преобразуется в УП и затем в виде графики и текста отображается на дисплее, чем обеспечивается визуальный контроль введенных данных, их корректировка и отработка. Особенно активно речевой ввод информации внедряется в робототехнику; В системах управления роботами используют два метода преобразования речевых сигналов в команды: «синтез по правилам» или «синтез по образцам».

В первом случае речевой ввод реализуется только при наличии хранящихся в памяти пульта оператора правил. Здесь трудно получить высокое качество из-за ограниченной емкости памяти и сложности программ составления речевых сообщений. Система содержит запоминающее устройство для хранения кодов текста сообщений, преобразователь текста и синтезатор. Преобразователь текста переводит звуковые сигналы текста в фонетические символы и осуществляет синтаксический анализ. Полученные символы используются как кодовые знаки для организации программы управления.

При методе «синтез по образцам» в основе синтезатора лежит линейная модель речеобразования на базе генераторов основного тока, линейного фильтра и модели изучения. Это расширяет объем команд речевого ввода.

Однако УЧПУ класса VNC пока еще не получили распространение в промышленности, но, вероятно, вближайшем будущем будут представлены широко как наиболее совершенные конструкции, обеспечивающие сервисные возможности высочайшего уровня.

^ NEURO-FUZZY (HEЙPO-ФAЗЗИ) СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ

Начало работ с компьютерными нейронными сетями относится к 40-м годам, однако только современные компьютерные технологии открыли путь к их коммерческому использованию. В настоящее время над созданием нейронных сетей различного назначения трудится множество фирм, но пока лишь некоторые сумели осуществить внедрения NEURO-FUZZY систем управления в практику производства. По общему убеждению этим системам принадлежит будущее.

Компьютерные нейронные сети — это специальный тип компьютеров, в той или иной степени имитирующих мыслительные процессы мозга. В этих компьютерах данным организуются подобно нейронам мозга в сети смногоуровневыми связями. Эти системы достаточно просто решают не только обычные типовые задачи, но главным образом неожиданно возникшие в процессе обработки не стандартные, не типовые задачи, решение которых требует не стандартной логики, т.е. определенного интеллекта. Нейронные сети решают задачи, которые обычному быстродействующему компьютеру совершенно не по силам.

^ Нейро-фаззи ЧПУ-генераторы W (фирма SODICK Co.Ltd., Япония) — первая в мире промышленная система управления с искусственным интеллектом на основе компьютерной нейронной сети. Система используется для управления электороэрозионными координатно-прошивочными станками. В нейро-фаззи кроме компьютерной нейронной сети входит также система фаззи-управления или управления по нечетким множествам с использованием экспертной фаззи-логики.

Система обеспечивает полностью автоматизированное управление электроэрозионной обработкой, обеспечивая оптимальные ее условия и режимы. Программирование обработки ведется в диалоге оператор - УЧПУ, при котором оператор лишь отвечает на графически иллюстрированные и интуитивно понятные вопросы машины (рис. 1.2).

Для задания исходных данных не требуется таблиц режимов и инструкций, оператор вводит минимум данных, и система сама автоматов чески рассчитывает режимы и условия работы станка. При этом от позиционирования и до конца обработки не нужны коды ЧПУ, а также особый опыт работы на данном оборудовании.

Рис. 1.2. Блок-схема Нейро-фаззи ЧПУ-генератора W
Фаззи-контроль режимов и хода обработки с мгновенной реакцией на любые отклонения оптимизирует процесс до максимума производительности и эффективности. Система нейрообучения автоматически корректирует результаты и добивается требуемого качества и производительности. Опыт самообучения применяется системой в последующих обработках, поскольку система запоминает то, что она делает. Система не требует длительного времени для освоения, на станках с такими системами даже неопытный оператор работает быстрее и эффективнее, чем квалифицированный на станке с обычными системами ЧПУ.

 

ЗАДАЧИ УПРАВЛЕНИЯ

Программируемые контроллеры

Контроллер – это специализированный аппарат, дооснащенный терминалом в виде персонального компьютера. Возрастание мощности и уровня сервиса персонального компьютера позволяет объединить терминал, программатор и собственно контроллер в рамках единой компьютерной системы с дополнительным модулем ввода-вывода сигналов электроавтоматики.

Существует прообраз, который называют системой ^ РСС (Personal Computer Controller – персональный программируемый контроллер). Развитие РСС идет в следующих направлениях:

 

• 
  использование однокомпьютерного варианта с системой Windows;
• 
  увеличение числа функций интерфейса оператора за счет многорежимного управлении и применения встроенных инструментальных систем программирования;
• 
  поддержание в реальном времени динамических графических моделей управляемого объекта;
• 
  применение визуального программирования электроавтоматики (например по типу графического языка HighGraph фирмы Siemens).

Основная задача контроллера состоит в одновременном выполнении нескольких команд и параллельной обработке внешних сигналов. Каждый процесс контроллера, который нуждается в выделении отдельного потока, выполняется в рамках основного процесса. Процессорное время, выделяемое операционной системой основному процессору, должно быть разделено между потоками. Процессорное время выделяется потокам отдельными квантами. В каждом кванте может реализовываться только один поток. Все потоки разделены на группы по приоритетам – чем меньше время реакции на внешнее воздействие, тем выше приоритет поток