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

Система группового числового управления второго типа

Основное отличие систем второго типа от систем первого типа состоит в том, что устройства местного цифрового управления станками (интерполяторы) объединены в единый блок цифрового управления (многопрограммный интерполятор). Этот единый блок может представлять собой и просто конструктивное объединение станочных интерполяторов. Таким образом, хотя каждый станок лишается возможности управления от устройства считывания с пер­ фоленты у местного пульта, надежность системы в целом не сни-

жается, так как из механического цеха выносится вся аппаратура цифрового управления. Если в качестве блока цифрового управле­ ния станками используется многопрограммный интерполятор, то возможна его работа в режиме с разделением времени, что упро­ щает работу ЭВМ.

Система Fanuc-System-T (Япония). На рис. 121 представлена структура этой системы. В помещении вычислительного центра находится оборудование, состоящее в основном из ЭВМ и различ­ ного рода внешних устройств. К станкам подсоединяются только устройства управления, состоящие из управляющей панели, схемы управления импульсным двигателем и самого импульсного двигателя.

Панель управления осуществляет функции включения-выклю­ чения станков, передачи сигналов от станков в вычислительный центр и функции промежуточного устройства в передаче сигналов от вычислительного центра к мощным электрическим цепям станков.

Обслуживание запросов начинается со считывания исходных данных для обработки с магнитного барабана, оно осуществляется в режиме прерываний. На систему цифрового управления возла-

222

гаются дополнительные функции по обеспечению автоматического переключения станков, управления работой погрузочного и раз­ грузочного механизмов, а также конвейера. С помощью управля­ ющей панели в управляющее устройство можно передавать инфор­ мацию об изменении обрабатываемой детали, изменении .условий фрезерования и т. п.

Новая система Fanuc-Sistem-T-10 была разработана в 1968 — 1970 гг. Она позволила повысить эффективность применения станков с числовым программным управлением благодаря исполь­ зованию ЭВМ, установленной в центре управления и работающей в режиме разделения времени. При этом сами станки оборудованы устройствами управления с простыми следящими системами. Си­ стема используется на заводе, который специализируется на вы­ пуске импульсных двигателей 140 различных типов. При их произ­ водстве насчитывается 400 технологических операций, многие де­ тали имеют 6—7-й класс точности. Система выполняет 37 функций; среди них линейная и круговая интерполяции, выбор материала, компенсация люфта и шага резьбы, автоматический разгон и тор­ можение, индикация положений, подача, останов и т. п.

Автоматическое программирование производится на разговор­ ном языке FAPT, программа расписания работ на станках и другие действия осуществляются с помощью операционной системы ROSP. Среднее время ожидания 8,4 мс, вероятность ожидания нужных данных более 200 мс равна 9,7-10 3. Эффективность системы— 10-кратное увеличение производительности по сравнению с работой сбычных станков.

Система Kingsbury. Станки с программным управлением, ис­

который может встать в ряд с другими такими же модулями в еди­ ной системе управления. Каждый из трех шпинделей (два располо­ жены горизонтально и один вертикально), управляемых ЭВМ, имеет барабан для трех резцов.

Сервосистема принимает сигналы в виде двоичного кода от двух кодирующих систем, находящихся в каждом модуле. В качестве управляющей ЭВМ используется Hewlett Раскагб 2114 с 16-раз- рядным словом и памятью 8К. Периферийное оборудование состоит из телетайпа, высокоскоростного читающего устройства и логиче­ ского модуля, содержащего интерфейс, связывающий станок и и ЭВМ.

Связь между центральным процессором и управляющей систе­ мой осуществляется через три 16-разрядных дуплексных регистра. Эти регистры передают три информационных слова из системы управления в ЭВМ и три командных слова из ЭВМ в систему управ­ ления. Каждый регистр состоит из двух групп по 16 триггеров. Одна группа используется для ввода данных из систем управления в ЭВМ, а другая — для вывода данных из ЭВМ в системы управле­ ния.

223

Рассматриваемая система может управлять 18 координатами: по девять координат в каждом из двух модулей. Каждая коорди­ ната адресуется и снабжается указаниями для ЭВМ о принципе выбора. Информация о координатах возвращается в центральный процессор в режиме прерывания, которое заставляет центральный процессор принять запрос на обслуживание. Вся информация, вхо­ дящая в сервосистему и выходящая из нее, проходит через интер­ фейс; 17-разрядиое вычитающее устройство вычисляет разность между командными сигналами и сигналами обратной связи и ис­ пользует эти значения для управления следящей системой через интерфейс. На сервомоторы шпинделей поступает аналоговое на­ пряжение из интерфейса, при этом необходимая скорость обеспечи­ вается с помощью обычной тахометрической обратной связи.

Программное обеспечение системы состоит из входного языка станка (BTL — Basic Tool Language), компилятора с этого языка (BTLC), средств его модификации (BTV), процессора выходных команд (СОР) и подпрограмм проверки интерфейса (STP).

Компилятор BTLC служит для преобразования команд BTL в форму, удобную для передачи в систему ЭВМ — станок.

Подпрограмма СОР вырабатывает сигналы для управления движением шпинделя, подачей и т. п. Работая в реальном мас­ штабе времени в режиме разделения времени, подпрограмма СОР обеспечивает одновременную работу всех шпинделей каждого модуля, достигая оптимальной продолжительности работы станка. Во время работы СОР в памяти ЭВМ хранятся значения переме­ щений резцов, шпинделей и другая информация о станке.

Подпрограмма STP предназначена для диагностической про­ верки электроники интерфейса. Эта подпрограмма используется также для проверки установки координат, вращения шпинделей и выполнения специальных функций. Она помогает находить

. неисправности в аппаратной части.

Двухмодульная система, работающая в корпорации «Kingsbury Machine Tool», обеспечивает одновременное управление 18 коор­ динатами и многочисленными операциями, такими как выбор резца, охлаждающей среды и т. п. Система может управлять пятью модулями, подобными модулю, описанному выше.

Системы группового числового управления третьего типа

В системах третьего типа функции многопрограммного интер­ полятора возложены на ЭВМ, т. е. ЭВМ занимается не только распределением информации между станками, но и полной подго­ товкой ее, включая интерполяцию. Такая система обладает гро­ мадным преимуществом перед двумя предыдущими типами си­ стем, поскольку в ней полностью отсутствуют промежуточные устройства, связанные с интерполяцией. В системах третьего типа появляется возможность синхронного управления выпол­

няемой операцией, в отличие от систем первого типа, где возможно только управление по кадрам. Количество станков в системах третьего типа определяется быстродействием ЭВМ п ее структу­ рой.

Система System-70 фирмы «Bunker Rama». Она является одной из первых систем третьего типа. Структура системы пред-

Многопрограммный

интерполятор

Рис. 123. Структура системы Bunker Rama

ставлена на рис. 123. Применение многопрограммного интерпо­ лятора позволяет значительно упростить устройство управления станками. При этом намного уменьшается площадь, занимаемая электронным оборудованием в цехе, а также упрощается эксплуа­ тация системы.

Главным звеном системы является многопрограммный интер­ полятор, реализованный на мини-ЭВМ CDC-1700, работающей в режиме разделения времени. ЭВМ выполняет функции хранения программ, их преобразования и распределения управляющей ин­

226

осуществляет традиционные функции распределения данных, интерполяции и автоматического управления, но также выпол­ няет и некоторые дополнительные операции.

Основная управляющая система создается для замкнутого контура управления и использует фотоэлектронный шифратор

вкачестве стандартного элемента обратной связи. Обратные связи по всем элементам замыкаются в ЭВМ. Текущее рассогласование

вконтуре управления преобразуется в аналоговый сигнал преоб­ разователем цифра—аналог. Исполнительный контроллер — это программа, управляющая работой всей системы п связывающая вместе различные подпрограммы математического обеспечения. Программы вызываются из памяти согласно их приоритету. Когда программа распределения данных определяет, что необ­ ходимо ввести данные в буферную память, программа-исполни­ тель управляет загрузкой данных с перфоленты.

ЭВМ может хранить в памяти до восьми блоков информации,

аустройство чтения с перфоленты может читать по четыре блока за один прием. Формат блока задается программно и может быть

модифицирован без каких-либо аппаратных изменений. Вычи­ сление скорости подачи и интерполяция также выполняются подпрограммами. При этом возможны только линейная и круго­ вая интерполяция.

При изготовлении простых деталей возможно использование ручного ввода. Интерполяция, непосредственно совместимая с программными средствами, замыкает контур управления в ЭВМ. Команды обратной связи от станков и интерполяторов сумми­ руются алгебраически и модифицируются перед передачей их

впреобразователь цифра—аналог. Параметры резцов могут хра­ ниться в памяти ЭВМ и при необходимости вызываться программой.

Система Omnicontrol (США). В этой системе все логические функции традиционных систем числового управления переданы ЭВМ (рис. 125). Интерфейс между ЭВМ и станком выполняется

ввиде блока управления станком, находящимся в цехе. Один управляющий блок состоит из секции А и присоединенных к ней секций. В секцию А входят блок управления 15 станками и три интерполяционных буфера. Подсоединив к секции А секцию В, можно управлять дополнительным количеством станков. Каждая секция В состоит из четырех интерполяционных буферов и может управлять четырьмя станками. К одной секции А можно подсо­ единить до трех секций В.

Двоичные сигналы передаются из ЭВМ к интерполяционному буферу со скоростью приблизительно 150 000 байт/с. В буфере запоминаются адрес станка, разнообразные функции и пара­ метры движения. Скорости по всем координатам передаются также

из этого буфера. Все данные, полученные в буфере, передаются

вблок управления станком со скоростью 20 000 байт/с. Секция С (на рисунке не показана) выполняет роль оконечного

устройства в мультиплексном канале ЭВМ IBM-360/50. Секция

228

обеспечивает связь между каждым терминалом, имеющим бу­ ферное устройство — дисплей, и ЭВМ. Для связи секции С с тер­ миналами требуется 14 кабелей передачи. Одна секция может обслуживать до 42 терминалов.

Рис. 125. Структура системы Omnicontrol

ЭВМ с оперативной памятью 64К может управлять 15 станками. ЭВМ с большей памятью нужно использовать в случаях, когда необходимо управлять большим количеством станков. Каждому станку необходим буфер емкостью 1К. Первые 128 байтов являются областью, где записаны справочные данные, и используются для хранения специальной информации о станке. Эта информация состоит из указателя размещения файла данных для станка на

229

диске, адреса следующего блока данных, который должен быть передан к станку из оперативной памяти, данных о текущем со­ стоянии станка, адресе станка и т. п.

Блок данных для станка состоит из 20 или 24 байтов (в зави­ симости от геометрии станка). Таким образом, каждая 444-бай- товая область памяти может хранить около 22 блоков. Каждый раз, когда станок запрашивает информацию, один блок пересы­ лается из буферной памяти. Когда одна буферная область осво­ бождается, блоки данных начинают передаваться из другой обла­ сти. Тем временем пустая область заполняется информацией из

Исходные данные

Управляющая информация

Рис. 126. Структура системы Tridea

дисковой памяти. Этот цикл продолжается до тех пор, пока не закончится обработка детали.

Система Tridea. Основная схема использует большую ЭВМ с мощной арифметикой в качестве генератора программ обработки деталей, среднюю ЭВМ в качестве супервизора — машины, упра­ вляющей несколькими станочными центрами, и мини-ЭВМ, по­ добную контроллеру у станка (рис. 126).

Другим интересным моментом в конфигурации этой системы является применение «кванта данных» для оптимизации исполь­ зования ЭВМ и системы передачи данных между станками. Термин «квант данных» означает передачу дискретных параллельных порций информации о движении к контроллеру станка, а не по­ стоянных импульсов на каждую координату станка. Кванты ин­ формации в дальнейшем разбиваются и преобразуются в каманды для обработки координат при помощи мини-ЭВМ. Следящая си­ стема получает блок данных для каждого кванта'времени (10 мкс) и преобразует параллельную информацию в поток последователь­ ных импульсов в течение этого кванта времени. Параллельная

230