ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РФ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Алтайский государственный технический университет им. И.И.Ползунова»

Бийский технологический институт (филиал)

Н.В. Шмаков

УПРАВЛЕНИЕ ПРОЦЕССАМИ И ОБЪЕКТАМИ В МАШИНОСТРОЕНИИ

Учебное пособие для студентов специальности 120100 «Технология машиностроения»

Барнаул  2005

УДК 621.9.06-503.55

Шмаков Н.В. Управление процессами и объектами в машиностроении: Учебное пособие для студентов специальности 120100 «Технология машиностроения».

Алт. гос. тех. ун-т, БТИ.  Бийск.

Изд-во Алт. гос. тех. ун-та, 2005.  113 с.

Данное учебное пособие представляет собой семестровый курс по управлению процессами и объектами, читаемый автором студентам Бийского технологического инсти-тута.

В пособии изложены основы управления технологическими процессами и системами, и рассмотрены задачи программного управления в автоматизированном производстве, а также геометрическая, логическая, терминальная и технологическая задачи. Рассмотрен программный подход при управлении станками, а также управление как ГПМ, так и ГПС. Концептуально рассмотрен подход при автоматизированном проектировании управляющих программ. Освещены аспекты программирования контроллеров, уделено внимание вычислителям устройств ЧПУ.

Рассмотрено и одобрено

на заседании кафедры

автомобильного транспорта.

Протокол №4 от 12.03.2005 г.

Рецензент: к.ф.-м.н. Ю.В. Толстобров (БПГУ им. В.М. Шукшина, г. Бийск)

 Шмаков Н.В., 2005

 БТИ АлтГТУ, 2005

Введение

Ретроспективно оглядываясь назад, можно увидеть, что историю развития программного управления можно разбить на поколения систем ЧПУ, которые обусловливались внедрением идей из электроники и вычислительной техники. От ламповых технических устройств перешли к полупроводниковым, а значит, и к другим технологиям. После этого появились интегральные схемы и, естественно, более современные технологии, затем  большие и сверхбольшие интегральные схемы.

Можно отметить середину 1970-х годов, когда начали использоваться микропроцессоры для ЧПУ, т.е. появились проблемно-ориентированные управляющие (вычислительные) машины. Устройство ЧПУ представляет собой совокупность набора машинных команд, ядра операционной системы, трансляторов с языков программирования, драйверов ввода-вывода и т.д. На базе этого создаётся гибкий базовый вычислитель. Разнообразное программное обеспечение (ПО) преобразует этот базовый вычислитель в разные конечные системы управления.

Таким образом, существует иерархия используемых решений: микропроцессорный автомат, микропрограммный автомат, базовый вычислитель, устройство ЧПУ. Эта гибкость сокращает число и стоимость проектных решений, но увеличивает стоимость конкретной реализации.

По мере совершенствования, внедрения систем автоматизированного проектирования (САПР) и сокращения стоимости проектов наметилась тенденция к сокращению доли программной части устройства ЧПУ и увеличения аппаратной (на качественно новом техническом уровне).

Сформулируем основные понятия. Под числовым программным управлением (ЧПУ) станком, другим объектом будем понимать способ управления на основе составленной управляющей программы. Управляющая программа представляет собой такую совокупность команд на проблемно-ориентированном языке программирования, которая соответствует заданному алгоритму функционирования станка или другого объекта по выполнению технологических, транспортных, вспомогательных операций.

Под устройством ЧПУ будем понимать устройство, выдающее управляющее воздействие на исполнительные органы объекта в соответствии с управляющей программой, алгоритмами обработки и информацией о состоянии управляемого объекта.

В аппаратном устройстве ЧПУ алгоритмы обработки реализованы с помощью специальных электронных схем и не могут быть изменены. В микропроцессорном устройстве ЧПУ все алгоритмы обработки или их часть реализованы программно, и существует возможность их изменения или замены.

Под системой ЧПУ будем понимать совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих технических и программных средств, обеспечивающих числовое программное управление объектом.

Контурное числовое программное управление есть такое управление, при котором перемещение рабочих органов объекта происходит по заданной траектории и с заданной контурной скоростью. Движение по заданной траектории предполагает интерполяцию, т.е. расчет координат промежуточных точек движения рабочих органов на плоскости или в пространстве. Контурная скорость представляет собой результирующую скорость подачи рабочего органа объекта, вектор которой равен геометрической сумме векторов скоростей перемещения этого органа вдоль осей координат объекта.

Позиционное числовое программное управление есть такое управление, при котором целью является перемещение рабочих органов объекта в заданные точки. Если и допускается одновременное движение рабочего органа вдоль двух или нескольких осей координат объекта, то ни траектория, ни результирующая скорость подачи такого движения не определены.

Цикловым программным управлением (ЦПУ) станком, другим объектом будем называть способ управления на основе априорно составленной управляющей программы, основным содержанием которой является описание дискретного процесса из конечного множества законченных операций с установлением для них отношений следования и параллелизма. Устройство ЦПУ получает на вход сигналы, означающие выполнение условий смены операций, а на выходе формирует воздействия на исполнительные органы объекта по выполнению следующих операций.