2.Программное управление технологическим оборудованием

2.1.Первые системы программного управления

Программное управление станками и системами машин стало возможным в результате длительной истории развития методов и средств автоматики в трех основных направлениях:

- создание следящих систем;

- разработка устройств памяти;

- разработка ЭВМ.

В первом направлении отправным пунктом можно считать механический суппорт токарного станка и копировальный станок, изобретен А.К. Нортовым в период НТР в 1725 г.г. и почти через столетие введен в практику английским конструктором станков Генри Модели.

Суппорт, освободив руку человека от физических усилий, направленных на собственно обработку, положил начало разделения единого процесса обработки на две составляющие разной природы:

- энергетическую, выполняющую технологическую функцию обработки материала;

- и сигнально-информационную функцию управления обработкой.

Главным направлением развития автоматизации на этом этапе было усовершенствование управляемых преобразователей энергии, питающих двигатели. Это усовершенствование пошло быстрыми шагами вперед после создания первых промышленных электрических машин (последняя четверть XIX века) и многодвигательного электропривода.

Весьма важным этапом было использование отрицательной ОС, позволившей создать следящие приводы, обеспечившие воспроизведение с большой точностью и на высоком уровне мощности сигналов управления, мощность которых ничтожно мала.

Именно создание совершенных следящих приводов и обеспечило возможность управления станками от сигналов программоносителей и появление нового класса систем – систем программного управления (СПУ).

Второй необходимой предпосылкой для создания СПУ была разработка программоносителей и технических средств, позволяющих фиксировать, хранить и воспроизводить информацию, т.е. автоматических средств, заменяющих в какой-то степени память человека.

К первым попыткам создания запоминающих устройств можно отнести применение перфолент для задания узоров ткани в ткатском станке, запатентованным в 1808 г. К. Жаккаром. В его машине перфолента доставляла уже новое качество, необходимое для программного управления – возможность смены законов движения машины простой сменой перфоленты.

Следующим этапом развития ЗУ был автомат-наборщик русского изобретателя П.П. Княгинского (1869 г.). В его машине текст рукописи запоминался на перфоленте в виде кода определенной комбинации отверситий, который считывался электрическим устройством, как и в существующих до настоящего времени СПУ.

Первая ЭВМ, созданная в 1943 г. в Филадельфии под руководством Эккерта и Мосли, дополнила кодированную память машин функцией преобразования информации и завершила предысторию ПУ.

Использование ЭВМ для управления не только расширило возможности автоматизации (на уровне «механизации») операций физического труда с помощью роботов, но открыло принципиально новую эру автоматизации умственного труда человека вообще и труда по управлению в частности.

2.2.Классификация и функциональные возможности учпу

Из всей совокупности промышленных установок (ПУ) выделились такие ПУ, основными задачами которых является быстрая переналадка с целью изготовления продукции другой номенклатуры и воспроизведение точных пространственных движений рабочих органов – системы числового программного управления (СЧПУ).

ЧПУ – управление обработкой заготовки на станке или роботе по УП, в которой данные заданы в цифровой форме (ГОСТ 20523-80). УП – совокупность команд на языке программирования, соответствующая заданному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной заготовки.

Основными компонентами СЧПУ является система подготовки УП и устройство ЧПУ, воспринимающее УП и преобразующее ее информацию в сигналы управления оборудованием.

УП УЧПУ включает в себя геометрическую и технологическую информацию. Геометрическая информация включает в себя данные о типе траектории и ее параметрах (линейных и угловых перемещениях, скорости и ускорения при обработке элемента траектории). Технологическая информация в УП включает в себя данные о режиме работы оборудования, номере инструмента и функции управления электроавтоматикой комплекса станок-УЧПУ или РТК.

Основным классификационным признаком УЧПУ является класс объектов, для которых предназначено это устройство (основные станки и роботы). Внутри каждого класса можно выделить группы объектов, характеризуемые своими классификационными признаками.

Основной задачей УЧПУ является задание и воспроизведение некоторой пространственной траектории, поэтому данный способ является важным классификационным признаком УЧПУ. В соответствии с этим можно выделить устройства, отслеживающие управление:

- цикловое – траектория задается номерами точек в пространстве;

- позиционное – траектория задается номерами и координатами точек в пространстве;

- контурное – траектория задается пространственной кривой.

Многие современные устройства обеспечивают все три вида задания траектории. Например, для УЧПУ станков и роботов преимущественное значение имеет позиционное и контурное управление, а цикловое используется только при управлении вспомогательными механизмами. Для АТСС и цикловых роботов основным является цикловое управление.

Основные функции микропроцессорных УЧПУ можно разделить на четыре основные группы:

- цифровое управление;

- обработка управляющей программы;

- связь с оператором;

- тестирование ПО и аппаратных средств УЧПУ, диагностика УЧПУ.

В группу функций цифрового управления входят функции задания траектории (расчет эквидистанты и интерполяция); отслеживание правильности воспроизведения траектории по всем исполнительным осям.(координатам рабочего органа); управление электроавтоматикой (ЭЛА) вспомогательных механизмов и цикловое управление.

Вторую группу составляют функции, обеспечивающие связь с оператором ввод и вывод УП, редактирование УП.

Третью группу функций составляют функции обработки УП. Эти функции зависят от способа подготовки УП. Различаю три основные способа подготовки УП:

а) аналитический способ, при котором текст УП на специальном языке пользователя вводится в память УЧПУ вместе с числовыми значениями размерных перемещений по всем осям. Такой способ получил преимущественное распространение в станках с ЧПУ.

б) непосредственное обучение, при котором координаты точек по всем осям записываются в память УЧПУ после вывода всех исполнительных механизмов в заданную оператором точку. Одновременно записывается задаваемая на пульте управления УЧПУ дискретно-логическая информация, необходимая для обработки УП. Наиболее распространено для ПР.

в) полуаналитический способ подготовки УП, при котором координаты точек по всем осям записываются в память УЧПУ в режиме непосредственного обучения, а затем с помощью специального алгоритма выделяются опорные точки записанной траектории. Участки траектории между опорными точками аппроксимируются элементарными кривыми (прямыми или дугами параболы), а промежуточные точки исключаются, что приводит к значительной экономии памяти. Этот способ подготовки УП используется в контурных УЧПУ роботами.

Четвертую группу функций составляют функции тестирования аппаратных средств и программного обеспечения, диагностики аппаратных средств.