2.1.3 Технологическая задача чпу

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.

2.1.4 Терминальная задача чпу

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.

2.2 Технические средства управления в автоматизированном производстве

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 способа их 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	1
Обработка кадра	С	10
Обработка детали на станке с ЧПУ	С	420
Замены детали на станке	С	60
Переналадки станка на обработку новой единицы планирования	Мин	30
Число:
кадров УП	-	35
строк в кадре	-	20
объем УП	Кбайт	0.9
кадр УП	Байт	25
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	30
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.