Глава 5. Документы пользователя систем чпу 231

5.1. Структура руководства по программированию 231

1. Фазовое пространство технологической машины 232

2. Повышение языкового уровня управляющих

программ 236

5.1.3. Функциональные возможности системы управления, отражаемые в версии управляющей программы 238

5.2. Конфигурация систем ЧПУ 246

5.2.1. Представление параметров конфигурации

в системе ЧПУ 246

5.3. Методика программирования станков с ЧПУ 252

1. Базовые понятия 252

2. Координатные оси и координатные системы 254

3. Траектории движения (типы интерполяции) 263

4. Группирование координатных осей (G581, G580) 270

5. Управление шпинделем 273

5.4. Методика разработки управляющей программы ЧПУ соответственно стандарту ISO 14649 STEP-NC 274

1. Инструментальная система XML Spy 275

2. Схемы управляющей программы

в стандарте STEP-NC 276

Список литературы 287

Список сокращений

ACS	-		Axes Coordinate System
ADS	-		Automation Device Specification
АР	-		Application Protocol
API	-		Application Programming Interface
ATL	-		Active Template Library
CAD	-		Computer-Aided Design
CAM	-		Computer-Aided Manufacturing
CAN	-		Controller Area Network
CAPP	-		Computer-Aided Process Planning
CiA	-		CAN in Automation
COM	-		Component Object Model
DA	-		Data Access
DB	-		Data Base
DLL	-		Dynamic Link Library
DNA	-		Distributed IntraNet Application
DTD	-		Document Type Declaration
ERP	-		Enterprise Resource Planning
FBD	-		Functional Block Diagram
GUID	-		Globally Unique Identifier
HAL	-		Hardware Abstraction Layer
IDL	-		Interface Definition Language
IGES	-		Initial Graphics Exchange
IL	-		Instruction List
IPD	-		Interpolator Data
LD	-		Ladder Diagram
MAP	-		Manufacturing Automation Protocol
MCS	-		Machine Coordinate System
MIO	-		Main Input-Output
MES	-		Manufacturing Execution System
MFC	-		Microsoft Foundation Classes
MMI	-		Man-Machine Interface
MMS	-		Manufacturing Message Specification
MRP	-		Manufacturing resource Planning
NC	-		Numerical Control
NCS	-		Numerical Control System
OLE	-		Object Linking and Embedding
оос -		Object Oriented Channel
ОРС -		OLE for Process Control
OPI		OEM Program Interface
PC		Personal Computer
PCNC -		Personal Computer Numerical Control
PCS		Program Coordinate System
PLC		Programmable Logic Controller
PMAC -		Programmable Multi-Axes Controller
POUs -		Program Organization Units
PWM -		Pulse Width Modulation
RFC		Remote Function Call
RTAPI -		Real Time Application Interface
PTSS -		Real-Time Sub-System
RTTI -		Run-Time Type Information
RTX -		Real Time Extension
RTX -		Real Time extension
SCADA -		Supervisory Control and Data Acquisition
SFC		Sequential Function Chart
SM		Special Marker
SP		Service Pack
ST		Structured Text
STEP -		Standard for the Exchange of Product Model Data
TCS		Tool Coordinate System
UML -		Unified Modeling Language
VMD -		Virtual Manufacturing Device
WCS -		Workpiece Coordinate System
WSN -		Workplane for Setting Null
XML -		Extensible Markup Language
XSDL -		XML Schema Definition Language
XSL -		Extensible Stylesheet Language

Введение

В течение последних десяти лет у нас в стране не было сколько-нибудь серьезных и полных публикаций, посвященных проблематике числового программного управления (ЧПУ). Между тем за это время в области ЧПУ произошли кардинальные изменения, затрагивающие спектр функциональ­ных возможностей, аппаратную платформу и системные средства, архи­тектуру и состав прикладного математического обеспечения. Доминирую­щие позиции заняла концепция открытых систем ЧПУ, построенных на базе персонального компьютера (PCNC - Personal Computer Numerical Control). Другими словами, современные системы ЧПУ - это совсем не то представление, которое может возникнуть в воображении читателей моно­графий и учебников, написанных в 80-х и начале 90-х годов прошлого века. Более того, мы уверены, что подобное представление будет превратным.

В этой связи был предпринят проект, нашедший свое отражение на на­шем сайте www.ncsystems.ru и в предлагаемой вниманию читателя книге. Проект затрагивает все основные проблемы современного ЧПУ. Реализация проекта была бы невозможной без теоретических исследований и практи­ческого опыта авторов, который сложился на основе их собственных разра­боток и сотрудничества с ведущими фирмами Запада за последние 12 лет.

Книга содержит пять глав.

Первая глава посвящена обзору архитектурных решений локальных систем ЧПУ, а также анализу вариантов их интеграции на системном уров­не (OLE for Process Control - ОРС) и прикладном уровне (Standard for Exchange of Product model data - STEP). Читателю предлагается ознако­миться с «архитектурным спектром» систем ЧПУ и функциональными воз­можностями, вытекающими из выбора конкретного варианта архитекту­ры. Наше предпочтение отдается компьютерному варианту. Новейшие тен­денции состоят в использовании концепций «открытого управления» и включении систем ЧПУ в структуру «жизненного цикла» производства изделий (STEP).

Вторая глава посвящена изложению ключевых особенностей новей­шего поколения систем ЧПУ. К их числу отнесены модульная организация систем ЧПУ типа PCNC, проблемы реального времени и внутренней ком­муникации, архитектура управления электроавтоматикой, проблема созда­ния удаленных терминалов систем ЧПУ и проблема перехода к новому

поколению систем ЧПУ, соответствующих стандарту STEP. Основное вни­мание уделено модульному построению однокомпьютерной системы ЧПУ и принципам взаимодействия модулей в рамках открытой архитектуры.

Особо выделены те модули, которые работают в реальном времени и требуют соответствующей системной поддержки. В их числе рассмотрен и новый программный модуль управления электроавтоматикой без при­влечения аппаратуры программируемых контроллеров. Коммуникацион­ная среда, являясь глобальным сервером системы ЧПУ, принимает на себя проблему интеграции всех модулей и проблему межмодульного взаимо­действия, в том числе и в рамках распределенного управления.

К другим актуальным проблемам отнесены разработка модели удален­ных терминалов на основе Java-апплетов и построение такой архитектуры ЧПУ, которая поддерживает стандарт STEP-NC (ISO 14649). Этот стан­дарт приведет в ближайшее время к появлению систем ЧПУ очередного поколения.

В третьей главе представлены все разделы прикладного программно­го обеспечения систем ЧПУ, т.е. так называемые задачи управления: гео­метрическая, логическая, терминальная, диагностическая. Каждая отдель­ная задача рассмотрена на том уровне, который отвечает концепции пост­роения «продвинутой» системы ЧПУ. Геометрическая задача является центральной и отвечает за формообразование. Логическая задача занима­ется управлением электроавтоматикой; здесь показано наиболее современ­ное ее решение по типу виртуального контроллера, т.е. без привлечения специальных аппаратных средств.

Терминальная задача организует диалоговый интерфейс с оператором. В рамках построения диагностической задачи в качестве составной части прикладного программного обеспечения рассмотрены логический анали­затор и осциллограф.

В четвертой главе показано, что произошло радикальное измене­ние взглядов на процедуру разработки прикладного математического обеспечения ЧПУ. Это связано с использованием объектно-ориентиро­ванного программирования, компонентного подхода и средств инстру­ментальной поддержки проектных работ. Объектные и компонентные модели математического обеспечения систем управления имеют свою специфику. В этой связи показано, каким образом понятия предметной области (интерпретатор, интерполятор, языковый процессор, группо­вой интерпретатор, канал) соотносятся с понятиями программирования (объектный тип, атрибут, операция, наследование, полиморфизм, ин­терфейс и компонент).

Рассмотрены объектно-ориентированные модели систем ЧПУ типа PCNC с открытой архитектурой. Для поддержания разработки систем с

открытой архитектурой предложены стандартные и оригинальные инст­рументальные средства. Компонентный подход проиллюстрирован на примере контроллера привода. Очерчена рекомендуемая область компонент­ного проектирования и рекомендованы полезные инструментальные средства.

Пятая глава посвящена обзору функциональных возможностей совре­менных систем ЧПУ, которые прямым или косвенным образом отображе­ны в различных документах пользователя. Так, приведена структура руко­водства по программированию с описанием фазового пространства техно­логической машины и общим представлением относительно версий кода ISO-7bit. Раскрыто понятие конфигурации системы ЧПУ, суть которого состоит в настройке системы на конкретный объект управления с помо­щью глобальных переменных, называемых машинными параметрами. Из­ложена современная методика программирования систем ЧПУ с наиболее полным набором G-функций. Наконец, описана методика разработки управ­ляющей программы ЧПУ соответственно стандарту ISO 14649 STEP-NC.