книги из ГПНТБ / Мясников, В. А. Программное управление оборудованием

Примеры комплексов из нескольких мини-машин приведены на рис. 105— 107.

Возможность работы комплекса в иерархических системах с другими (по архитектуре) машинами, в частности с комплексом высшего уровня, обеспечивается через адаптер. Этот адаптер по­ зволяет подключать к общей шине одного комплекса канал пря­ мого доступа другого комплекса, более мощного, и обеспечивает возможность обмена данными между оперативными ЗУ различных систем. Обмен осуществляется с помощью систем приоритетных прерываний. Пример двухуровневой иерархической системы при­ веден на рис. 108.

Аналогичным образом организуется связь нескольких простей­ ших комплексов с центральной машиной высшего уровня. Двух­ уровневая структура имеет возможность неограниченного роста по всем направлениям.

24. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ПОТОКИ В ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ УЧАСТКОМ СТАНКОВ

В настоящее время создаются системы автоматизации произ­ водства, основанные на широком использовании станков с чис­ ловым программным управлением (ЧПУ) и роботов-манипулято- ров для автоматизации ручных и вспомогательных работ.

Объединение отдельных станков с ЧПУ в систему, которая управляется от единого вычислительного комплекса, дает возмож­ ность сократить расходы на вычислительную технику и решать качественно новые задачи, связанные с распределением работ по отдельным станкам, в соответствии с производственным планом, наличием заготовок, приспособлений и в зависимости от исправ­ ности станков в группе. Включение в эту систему роботов-манипу- ляторов с числовым программным управлением позволяет благо­ даря разновременности работы станков и обслуживающих их робо­ тов использовать одно и то же вычислительное оборудование для управления различными объектами.

Системы централизованного управления дают возможность создавать автоматизированный участок станков с числовым про­ граммным управлением, связанных между собой автоматическим транспортом, подающим заготовки и инструмент.

В таких системах вычислительным комплексом осуществляются автоматическая подготовка и расчет программ обработки деталей для станков с ЧПУ; организация архива программ обработки на базе внешних накопителей ЭВМ; планирование и оперативная дис­ петчеризация загрузки станков; управление автоматическим скла­ дом и автоматическим транспортом; управление роботами-манипу- ляторами, устанавливающими заготовки на станки, снимающими готовые детали и т. п.; сбор информации о состоянии отдельных объектов автоматизированного участка; обеспечение надежной работы всей системы благодаря использованию эффективных мето-

201

дов программного и аппаратного контроля; распределение н пере­ дача управляющей информации к станкам от запоминающих уст­ ройств на магнитных дисках без использования ненадежно рабо­ тающих устройств считывания с перфоленты; коррекция программ непосредственно у станка с помощью выносных пультов ЭВМ.

Рис. 109. Потоки информации и материалов в автоматизированной системе управления технологическими процессами

На рис. 109 показаны потоки информации и материалов (заго­ товки, полуфабрикаты, готовые изделия) в автоматизированной системе. Функции, которые выполняет подобная система, заклю­ чаются в следующем:

1)числовое программное управление: составление программ обработки деталей, управление станками, транспортными кон­ вейерами, погрузочно-разгрузочными машинами, автоматическим переключением станков;

2)синхронное управление производством: составление опера­ тивного плана, составление перестраивающихся программ, ука-

202

зания по снабжению обрабатываемым сырьем, запись различных сообщений;

3) синхронное управление фоновой программой типа «диалог». Оценка экономичности управляемой промышленной системы определяется в зависимости от себестоимости обработки, произве­ денной с помощью этой системы. На рис. 110 показана стоимость систем группового программного управления и стоимость индиви­

система автоматизированного транспорта и роботы-манипуляторы. ЭВМ должна иметь достаточно мощное математическое обеспече­ ние, систему подготовки программ и систему автоматизированного

проектирования и конструирования.

Структура автоматизированного участка ЧПУ усложняется из-за высоких требований к надежности и оперативной гибкости и необходимости работы в системе АСУП более высокого ранга.

Для широко автоматизированного участка станков с ЧПУ ха­ рактерно большое многообразие информационных потоков между отдельными звеньями. Этими потоками могут являться: входная и выходная информация системы АСУП более высокого ранга; ин­ формационный поток от системы подготовки программ; потоки управляющей информации к внешним устройствам системы ЧПУ (в том числе на интерполяторы, станки, транспорт, роботы-мани­ пуляторы); информационные и командные сообщения к централь­

203

ному и дистанционным пультам ЭВМ, а также на световые информа­ ционные табло; данные о наличии инструмента, заготовок и мате­ риалов на автоматизированном складе; поток запросов от управ­ ляемых объектов системы; запросы в систему управления автомати­ зированным складом; поток информации о состоянии всех звеньев системы участка ЧПУ в систему прерывания ЭВМ.

В функции АСУП, управляющей в пределах предприятия уча­ стками станков с ЧПУ, входят: расчет управляющих программ для станков с ЧПУ; автоматическая передача управляющих программ на участки станков с ЧПУ; долгосрочное планирование работы участков станков с ЧПУ (включая вопросы обеспечения участков заготовками и инструментом, планирование загрузки и ремонта станков); учет продукции, выпускаемой участками станков с ЧПУ.

Таким образом, поток информации от АСУП предприятия содержит данные о номенклатуре изделий, подлежащих обработке

иих количестве, и сами программы обработки в подготовленном виде. Объем этого потока колеблется в чрезвычайно широких преде­ лах и зависит от мощности участка станков с ЧПУ, характера обра­ батываемых деталей и многих других причин.

Поток информации от участка станков с ЧПУ содержит глав­ ным образом данные, необходимые АСУП предприятия для учета

ипланирования дальнейшей работы.

Автоматизация в любом своем проявлении характеризует прежде всего уменьшение потока информации от человека кмашине. Весь поток информации для изготовления любой детали на станках

сЧПУ можно разделить на три типа:

1)числовая информация;

2)геометрическая информация;

3)технологическая информация.

Объем всего потока информации может колебаться в широких пределах в зависимости от конфигурации детали и степени слож­ ности ее изготовления.

Рассмотрим более подробно перечисленные типы инфор­ мации.

К числовой информации относятся все числа, соответствующие координатам точек, длинам отрезков, радиусам криволинейных участков, углам, радиусам фрезы, величинам подачи, скоростям холостых перемещений исполнительных органов.

Геометрическая информация содержит описание положения всех базовых точек и дуг эквидистанты. Каждый искомый геометри­ ческий элемент определяется с помощью двух геометрических элементов, известных из чертежа или определенных ранее.

Технологическая информация представляет собой совокупность технологических сведений, записанных как последовательности базовых точек эквидистанты. Информация содержит сведения о номере конечной точки эквидистанты, о шифре скорости движения режущего инструмента, о характере движения, о наличии или от­ сутствии дополнительных команд.

204

Весь этот поток информации преобразуется двумя програм­ мами — процессором и постпроцессором — и поступает на интер­ полятор. Выходная информация интерполятора в виде импульсов поступает на устройства управления стайка.

Основными узлами устройств управления станка являются элементы цикловой и релейной автоматики, усилители, тиристор­ ные преобразователи, блоки управления следящим и шаговым приводом.

Основная функция этих устройств — управление приводами станка в соответствии с декодированной подпрограммой, поступа­ ющей в устройство либо в виде последовательности импульсов, количество которых по каждому каналу соответствует величине перемещения, либо в виде кода рассогласования действительного и требуемого положений рабочих органов станка.

Другими важными функциями устройств управления станка являются дешифровка и передача на исполнительные механизмы необходимого числа технологических и вспомогательных команд, а также организация и осуществление простейших циклов, выпол­ няемых в соответствии с этими командами. .

Устройства управления станка работают в реальном масштабе времени и располагаются обычно в непосредственной близости от станка. Кроме того, в цехе имеется передвижной пульт наладчика пли диспетчерский пульт (ДП), позволяющий производить следу­ ющие операции: коррекцию отдельных кадров программы (напри­ мер, скорости подачи или скорости главного движения); работу со станком в режиме отладки; индикацию рабочих органов станка.

Процесс интерполяции может быть как грубым, так и точным. Грубая интерполяция может выполняться ЭВМ, работающей в ре­ жиме разделения времени и выполняющей функции многопрограм­ много интерполятора. Циклы интерполяции в пределах одного шага расчета эквидистанты, например занимают .50—1000 микро­ операций (операций типа чтения, записи, сложения, вычитания и т. п.). Коды микроприращений, вырабатываемые ЭВМ в процессе грубой интерполяции, через мультиплексный канал.поступают на микроинтерполяторы, выполняющие точную интерполяцию. Мик­ роинтерполяторы связаны отдельными каналами с устройствами управления станка, в функции которых входит управление приво­ дами .

___ Связь ЭВМ с устройством управления системой транспорти­ ровки носит двусторонний характер. К этой системе поступают сигналы управления .транспортировкой заготовок, инструмента, готовых изделий. В этом направлении информация мо>к.ет выда­ ваться как в режиме запросов, так и в непрерывном режиме. От системы транспортировки к ЭВМ поступают сигналы в виде запро­ сов на разрешение приемки деталей и передачи их для дальнейшей обработки или в склад готовой продукции, на разрешение смены инструмента, приемки нового инструмента и возвращения старого инструмента в инструментальный склад.

205

Необходимо отметить, что система транспортировки требует для себя части главной памяти ЭВМ, в которой должны храниться график поступления деталей в обработку и на хранение, количе­ ство деталей, подлежащих изготовлению, и т. п. Из склада готовой продукции в ЭВМ поступают данные для учета выпускаемой про­ дукции.

Связь ЧПУ со складом заготовок и инструмента также носит двусторонний характер и организуется по принципу запрос-ответ. От ЭВМ к складу заготовок и инструмента поступают сигналы

ввиде запросов на заготовки, инструмент н оснастку. В обратном направлении выдаются данные о наличии инструмента и заготовок. ЭВМ анализирует ответные сигналы. Если на складе имеется необ­ ходимая сснастка, разрешается выполнение транспортных опера­ ций; если она отсутствует, то либо управление передается другой программе обслуживания (текущая программа переводится в ре­ жим ожидания), либо в ЭВМ сообщается об отсутствии оснастки. Сведения о возвращении оснастки в инструментальную кладовую и о поступлении заготовок из склада сырья должны выдаваться

вЭВМ немедленно, что необходимо для сокращения времени за­ держки в выполнении программ, находящихся в режиме ожидания.

Если цех сснащен роботами-манипуляторами, информационный поток к ним должен включать в себя данные о следующих опера­ циях, выполняемых на участках станков с ЧПУ: об установке в ста­ вок заготовки, взятой с транспортного устройства; об установке на станок необходимого инструмента для обработки заданной де­ тали; о смене режущего инструмента в процессе обработки детали;

осбрасывании стружки со станка; о съеме готовой детали и отправ­ лении ее на специальное транспортное устройство.

Управление движением элементов рук роботов-манипуляторов может быть как последовательным, так и параллельным. Очевидно,

что при последовательном процессе вычисления общее время вы­ полнения определенной задачи возрастает. Способом, уменьшаю­ щим это время, может быть выбор более быстродействующей ЭВМ по отношению к контрольной ЭВМ с последовательной отработкой необходимых программ, но с параллельной отработкой накоплен­ ных численных значений по каналам степеней свободы руки ро- бота-манипулятора. Поскольку время отработки по каждой коор­ динате (степени свободы) значительно больше времени работы рас­ четных программ, то с учетом высокого быстродействия ЭВМ это время отработки может быть использовано для расчета каких-либо дополнительных программ. При выбранной ЭВМ накопление и отработка — более выгодный вариант, чем вычисление i-й коор­

динаты, затем отработка и т. д., но при этом требуется дополни­ тельная память.

Для выполнения задачи управления станками и роботами-ма­ нипуляторами необходимо определить пути циркуляции инфор­ мации. Прежде всего следует обратить внимание на то, что ЭВМ должна иметь информацию об исправности всех основных рабочих

206

частей робота, об исправности основных систем, обслуживающих манипулятор, о пространственном положении манипулятора, о вы­ полняемой в настоящий момент операции.

На рис. 111 представлена обобщенная блок-схема управления манипулятором. По связи 1 (рис. 111, а) ЭВМ получает сзедения об

исправности основных рабочих частей манипулятора. Прямая

Рис. 111. Блок-схема информационной структуры системы управления манипу­ лятором: а — общая блок-схема; 6 — блок-схема управления отдельными сте­

пенями свободы

связь 2 содержит количество каналов, равное числу степеней сво­ боды руки манипулятора. Обратная связь 3 имеет такое же число каналов. По связи 2 осуществляется управление манипулятором, по связи 3 поступает в ЭВМ информация о пространственном поло­

жении частей манипулятора, что позволяет контролировать пра­ вильность выполнения движения по каждой степени свободы в те­ кущий момент времени. На рис. 111, б изображена блок-схема структуры связей 2 и 3. Связи 4, 5 (рис. 111, а)-как-и-связи 2, 3, прямые и обратные. По связи 4 осуществляется опрос состояния

контролируемых параметров обслуживаемых объектов, а по связи 5 — ответ иа запрос. Связь 6 сообщает ЭВМ об исправности

207

пли неисправности обслуживаемых объектов. Связь 7 представляет собой непосредственную связь руки манипулятора с объектом.

Другим важным информационным аспектом работы манипуля­ тора является взаимодействие самого манипулятора со средой, которое заключается в обнаружении предмета или препятствия, захвате предмета, освобождении предмета. Информация о состоя­ нии датчиков постоянно поступает в ЭВМ. По информации, полу­ чаемой с датчиков обнаружения, можно определять не только на­ личие или отсутствие предмета, но и идентифицировать последний.

Структурная схема системы управления манипулятором приве­ дена на рис. 112.

Следует отметить, что в простейших случаях перед манипуля­ тором обычно не ставится задача опознавания предмета.

В случае управления манипулятором от ЭВМ имеется возмож­ ность упростить механическую часть манипулятора, усложнив программу управления, которая может решать задачи динамиче­ ской коррекции, коррекции от механических деформаций и износа,

атакже реализовать алгоритмы управления механической системой

сбольшой избыточностью в числе механических степеней свободы и т. д. Если манипулятором управляет человек-оператор, то к ме­ ханической части предъявляются более высокие требования, несмотря на то, что человек обладает мощными алгоритмами управ­ ления. Утомляемость оператора и требование комфорта для него заставляют существенно усложнять и удорожать механическую часть манипулятора.

25.СИСТЕМЫ ГРУППОВОГО ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ СТАНКАМИ

Классификация систем группового числового программного управления

Системы группового программного управления являются со­ ставной частью системы централизованного управления и предна­ значены для непосредственного управления группой станков. Такие системы могут иметь и самостоятельное значение, если они создаются для управления станками, не связанными автоматиче­ ским транспортом. В системах группового программного управле­ ния ЭВМ могут осуществляться: 1) организация работы с архивом программ обработки деталей; 2) распределение и передача управ­ ляющей информации на станки в реальном масштабе времени; 3) сбор информации, поступающей от датчиков станков и систем сбора информации роботов-манипуляторов; 4) учет времени простоя станков, количества произведенных деталей и других производ­ ственных показателей; 5) работа в режиме запрос-ответ с опера­ торами и административными работниками, опрашивающими со­ стояние участков станков; 6) коррекция программ непосредственно от станка; 7) функции многопрограммного интерполятора для группы станков.

Приведем классификацию систем числового программного управления в зависимости от функций, возлагаемых на ЭВМ, и

ЭВМУ*

Рис. 113. Структура систем группового числового программного управления станками: а — система первого типа; б — система второго типа; в — система

третьего типа;

У — промежуточное устройство управления; 2 — устройство местного числового про­ граммного управления; 3 — устройство числового программного управления отдель­ ным станком (интерполятор); 4 — сервосистема; 5 — станок с программным управле­ нием

с индивидуальными устройствами числового программного управления (интерполятор и сервосистема при станке). Эти устройства ЧПУ находятся непосредственно у станка, т. е. в цехе.

У систем группового числового управления второго типа у станка остается только устройство управления станком, выпол­ няющее функцию управления приводом, само же устройство число­ вого программного управления расположено в другом помещении в непосредственной близости от ЭВМ. При этом устройства мест­ ного числового управления станками объединяются в единый блок цифрового управления.

В обоих случаях процессор ЭВМ осуществляет передачу управ­ ляющей информации из внешней памяти ЭВМ через оперативную память к устройствам числового управления.

210