5. Эксплуатация и диагностика систем чпу

Для обслуживания систем ЧПУ на промышленных предприятнях существуют специальные службы. Заводы, изготовляющие УЧПУ, организуют курсы, где изучаются вопросы эксплуатации и наладки УЧПУ. В руководстве к станку с ЧПУ указывается завод-изготовнтель системы ЧПУ и возможности обучения наладчика по вопросам эксплуатации данного УЧПУ.

Наладчик систем ЧПУ должен хорошо знать функционирование как системы в целом, так и ее отдельных узлов.

Несмотря на различия в структурах и функциях отдельных систем ЧПУ, существуют более или менее общие методы проверки работоспособности систем, их наладки и правила эксплуатации. Кроме технического описания в комплект документации, поставляемой заводом-изготовителем, входит инструкция по эксплуатации и наладке систем ЧПУ, а также прилагаются тестовые (проверочные) программы для определения правильности функционирования системы. В микропроцессорных УЧПУ часть тест-программ хранится в памяти устройства.

В процессе эксплуатации систем ЧПУ наладчик производит профилактические работы по обслуживанию систем, проверяет работоспособность систем, осуществляет поиск и устранение возникающих неисправностей.

Содержание и сроки профилактических работ оговорены в инструкции по эксплуатации УЧПУ. К этим работам относятся: смазывание подвижных частей фотосчитьвающего устройства, вентиляторов охлаждения; очистка УЧПУ от пыли н грязи; замена или очистка воздушных фильтров вентиляционной системы; чистка (промывка в спирте) контактов, электронных блоков; чистка оптической системы фотосчитывающего устройства и т.п.

Работоспособность систем ЧПУ проверяют, как правило, по тест-программам не реже одного раза в неделю. Такую же проверку проводят и в случае неправильной обработки детали на станке, выясняя, в чем причина — в неправильно составленной программе или в неисправности системы ЧПУ. Проверка по тест-программам может быть различной в зависимости от возможностей каждой конкретной системы ЧПУ. Нанболее часто тест-программа представляет собой обычную УП, в которой предусмотрены все используемые в системе ЧПУ режимы работы.

Проверяя системы ЧПУ на станке, наладчик наблюдает отработку станком тест-программы (в том числе работу приводов подач и выполнение последовательности технологических команд).

Как обычные УП, так и тест-программы строятся таким образом, чтобы рабочнй орган станка в конце программы вернулся в исходную точку.

Выполнение станком технологических команд (частота вращення шпинделя, смена инструмента), предусмотренных тест-программой, проверяют, как правило, визуально. Наблюдают также состояние различных органов индикации (например, номер и код технологической команды), предусмотренных системой ЧПУ. Аналогично производят проверку систем ЧПУ по тест-программам на стенде с использованием графопостроителя вместо станка.

При проверке работоспособности системы ЧПУ без станка (и без стенда) наладчик пользуется только органами индикации, предусмотренными в системе. В микропроцессорных УЧПУ результаты проверки по тест-программам высвечиваются на дисплее. Указывается код обнаруженной погрешности. По перечню значений кодов наладчик определяет причину отказа. В ряде систем вместо кода высвечивается текстовое наименование отказа.

Тест-программы составляют так, что работоспособность системы проверяется последовательно по элементам. Это облегчает поиск возможной неисправности. Например, вначале отрабатывается перемещение отдельно по каждой координате (+Х, — X, + У, — У и т.д.). Затем проверяют режим линейной интерполяции в различных сочетаниях координат и при различных величинах перемещений, круговой интерполяции, режим абсолютного ввода (если он предусмотрен системой), режим расчета эквидис-танты, ввода коррекций и т.п.

Отказы (нарушение работоспособности) в системах ЧПУ возникают внезапно и непредсказуемо. Режимы работы отдельных элементов изменяются постепенно и могут быть своевременно обнаружены с помощью тест-программ.

При обнаружении неисправности по тест-программе можно определить неисправность в цепи, блоке или даже в группе блоков. Поиск и устранение отдельных неисправностей во многом зависят от конструкцнии системы ЧПУ.

Неисправные элементы в системе ищут, задавая такие режимы работы, в которых должен участвовать этот элемент. В зависимости от местонахождения неисправности это реализуется различными методами.

Основными неисправностями в системах ЧПУ являются: выход из строя (отказ) отдельного электронного элемента (микросхемы, модуля); нарушенне монтажа (разрыв токопроводящих цепей печатной платы или замыкание соседних токопроводящих цепей); нарушение паяных контактов; нарушение контактов в разьемах.

При ремонте неисправные электронные элементы заменяются, токопроводящиене цепи пропаиваются. При обнаружении некачественной пайки контакты запаиваются заново. При нарушении контакта в разъеме чаще всего достаточно вынуть блок и вставить его заново; если это не помогает, контакты очищаются спиртом или заменяются.

Надежность современных систем ЧПУ, особенно снстем, построенных на микросхемах, весьма высока. Среднее время между отказамн в системе не менее 5000 ч. Наиболее сложным элементом при отладке систем являются не отказы, а сбои (самовостанавливающиеся отказы). Обнаружить и устранить причину сбоев трудно, так как чаще всегопосле повторной отработки программы или прохождения теста сбой пропадает.

В микропроцессорных УЧПУ Элементы СИС и БИС, как правило, не подлежат замене. В случае их отказа заменяется целиком плата; дефектная плата отправляется для замены на завод изготовитель УЧПУ или в специализированную организацию, выполняющую пусконаладочные работы. Причины отказа микропроцессорных УЧПУ в большинстве случаев высвечиваются на дисплее.

Сбои системы ЧПУ делятся: на системные, технологические, сбои объекта управления. Ошибки оператора. Системные сбои связаныы с неисправностью аппаратуры и ПО УЧПУ, технологические сбои связаны с ошибками в УП. Причиной двух остальных групп сбоев является неисправность станка, интерфейсных шин УЧПУ и ошибки оператора при обращении с УЧПУ.

Диагностические программы микропрроцессорных УЧПУ разделяются на две группы: оперативное диагностирование, выполняемое в процессе работы УЧПУ со станком; диагностирование в автономном режиме проверки УЧПУ.

Оперативное диагностирование включает в себя проверку функционирования аппаратных средств, контроль по четности УП и другие проверки. Как только в систему ЧПУ подается питание, автоматически инициируется тест этих проверок. В процессе работы большинство из них также продолжает выполняться.

Диагностирование в автономном режиме выполняется с помощью специальных тестов, указанных изготовителем УЧПУ. Эти тесты позволяют проверить в пошаговом режиме работу всех модулей УЧПУ. Документация тестовых программ должна быть очень полной, чтобы наладчикмог эффективно выявить отказавшую плату и локализовать погрешность. Отказавшая плата подлежит замене. Диагностирование на уровне интегральных схем в микропроцессорных УЧПУ не обязательна для наладчика. В этом случае ремонт УЧПУ сводится к замене отказавших плат.

Методы поэлементного диагностирования (тестирование) микросхем. При поэлементном диагностировании цифровых интегральных схем необходимо на вход контролируемого логического элемента подавать соответствующую последовательность тестовых наборов сигналов. При этом на тестовое воздействие не должны оказывать влияние сигналы, поступающие с выходов соседних микросхем. Длительность тестовых сигналов должна быть достаточно малой, чтобы не привести к тепловым повреждениям устройств.

Пример.

Пример диагностирования рассмотрим базовый элемент широко распространенной интегральной схемы серии К155, применяемой в УЧПУ (рисунок 1). В микросхемах этой серии логический 0 представляется сигналом низкого уровня [U₀< 0,4 В, а логическая 1 — сигналом высокого уровня Ui > 2,4 В.

Проверка ИМС осуществляется подачей тестовых наборов от генератора тестов через m контрольных штырей контрольного приспособления на входы ИМС. К выходу ИМС подключается еще один контрольный штырь, обеспечивающий сьем выходного сигнала для последующего выходного сигнала и его сравнения с эталоном.

При подаче тестовых воздействий на входы проверяемого элемента в выходных каскадах связанных с ним элементов могут возникать следующие электрические режимы.

1. На выход элемента, находящегося в состоянии 1, подается 0. Из рисунка видно, что при U_вых = 0 I_вых = 30 мА, т. е. такой режим транзистор VТ4 может выдержать не более 1 с.

2. На выход, находящийся в состоянии 1, подается 1. Отсюда следует, что в этом режиме транзистор VТ4 блокирован и на выход проходит незначительный ток.

3. На выход элемента, находящегося в состоянии 0, подается 0. При этом переход база-коллектор транзистора VТ5 смещается в прямом направлении и на выход протекает ток I_б = 1...3 мА

Рисунок 1. Схема ИМС

Пример.

Рассмотрим схему алгоритма работы микроЭВМ при тестировании микросхемы.

Слежение за состоянием пусковой кнопки (блок1). Предполагается, что очередная проверяемая микросхема уже установлена в контактирующую колодку и оператор намеревается нажать кнопку Пуск. Процессор периодически считывает (параллельным кодом) сигналы А0-А4, поступающие на входной порт, и анализирует состояние сигнала А0. Чтение выполняется спомощью команды

MOV@#177774, R0

После выполнения этой команды в регистре общего назначения RО процессора будет зафиксирован код АО—А4:

Далее из этого кода программным путем выделяется разряд АО и проверяется на равенство нулю. Если АО = 1, то процессор «узнаёт», что кнопка еще не нажата, и вновь возвращается к команде чтения информа­ции из входного порта. Если АО=0, то процессор переходит к выполне­нию действий, предписанных блоком 2.

Выключение светодиодов (блок 2). Это действие носит «психологи­ческий» характер. Оператор при нажатии на кнопку видит, что результат предыдущей проверки (ГОДЕН или БРАК) исчезает, т. е. оба светодиода выключены. При отпускании кнопки появляется результат текущей про­верки — загорается один из двух светодиодов. Это своего рода диалог между оператором и стендом. Если не уничтожать результат предыдущей проверки, то оператор, возможно, в течение нескольких часов работы будет видеть «негаснущий» сигнал ГОДЕН и не без основания начнет сомневаться относительно исправности стенда.

Для выключения светодиодов процессор, например, формирует в ре­гистре R4 общего назначения код 177777 («все единицы») и затем пере­сылает этот код в выходной порт, выполнив команду

МОV R4,@ #177776

Сигналы логических единиц («лог.1»), переданные на выходы ВО—В9, представлены напряжениями высокого уровня, поэтому ток через светодиоды VD1 и VD2 не течет и они не излучают свет.

Слежение за состоянием пусковой кнопки (блок 3). Процессор вновь следит за состоянием пусковой кнопки, повторяя действия, предписанные блоком 1, с тем отличием, что на этот раз он дожидается момента отпус­кания кнопки (АО=1). Светодиоды VD1 и VD2 по-прежнему выключены.

Выдача тестовых сигналов на микросхему и запоминание ответных реакций (блок 4). Переход к этому блоку производится в момент отжатия кнопки Пуск. Процессор приступает к взаимодействию с прове­ряемой микросхемой. Последовательность проверок показана в таблице 1.

Микросхема К555ЛАЗ содержит четыре независимых двухвходовых элемента И—НЕ. Каждый из этих элементов вырабатывает на выходе напряжение низкого уровня («лог. О») только в том случае, когда на обоих его входах присутствуют напряжения высокого уровня («лог. 1»).

«Единичная» кодовая комбинация (см. первую строку таблицы1) была сформирована ранее, при гашении светодиодов, так что процессор считывает код из входного порта и запоминает его в одной из ячеек ОЗУ. Затем он выдает на выходы ВО — В7 заранее подготовленный код, приведенный во второй строке таблицы1, и после этого вновь считывает код из входного порта, запоминает его в соседней ячейке ОЗУ и т. д. Если микросхема исправна, то при окончании проверки в ОЗУ будет сформирован массив кодов, совпадающих с кодами, приведенными в правой части таблицы 1. Заметим, что все выдаваемые в вы­ходной порт коды должны содержать единицы в разрядах В8 и В9 для того, чтобы светодиоды VD1 и VD2 оставались выключенными. Об этом должен позаботиться программист на этапе разработки тестовой про­граммы. Разряд АО в данном случае не имеет отношения к процессу тестирования и поэтому программа его «не замечает».

Таблица 1

Код на входах микросхемы								Код на выходах микросхемы
В7	В6	В5	В4	В3	В2	В1	ВО	А4	АЗ	А2	А1
1	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	0
0	1	1	1	1	1	1	1	0	0	0	1
1	0	1	1	1	1	1	1	0	0	0	1
1	1	0	1	1	1	1	1	0	0	1	0
1	1	1	0	1	1	1	1	0	0	1	0
1	1	1	1	0	1	1	1	0	1	0	0
1	1	1	1	1	0	1	1	0	1	0	0
1	1	1	1	1	1	0	1	1	0	0	0
1	1	1	1	1	1	1	0	1	0	0	0

Анализ результатов тестирования (блок 5). Если полученные резуль­таты совпадают с эталонными, приведенными в правой части таблицы 1, то микросхема считается исправной, в противном случае — неисправной. В программе может быть предусмотрено накопление статистических данных о характерных отказах забракованных микросхем или какие-либо другие действия, облегчающие работу оператора (выдача на пе­чать сводок, гистограмм и пр.).

Включение светодиода ГОДЕН или БРАК (блоки 6, 7). Для включения светодиода VD1 необходимо выдать в выходной порт код, в котором сигнал В8=0 (напряжение низкого уровня), а сигнал В9=1 (напря­жение высокого уровня). При этом ток от источника питания U потечет через ограничительный резистор и светодиод VD1 к выходу В8, на кото­ром поддерживается напряжение, не превышающее 0,4 В. Для включе­ния светодиода VD2 нужна обратная комбинация сигналов на выходах, т. е. В8=1, В9=0. В обоих случаях (а также непосредственно по­сле включения напряжения питания стенда) сигналы, выдаваемые на остальные разряды выходного порта (ВО — В7), следует задать нулевы­ми, чтобы «обесточить» микросхему по входам в момент ее установки в контактирующую колодку и в момент ее извлечения из колодки. В эти моменты времени может оказаться, что напряжение питания еще не подано на микросхему, а на ее входы уже поданы сигналы. Если эти сигналы представлены напряжениями высокого уровня, то существует опасность выхода из строя защитных диодов, расположенных внутри микросхемы.

После выдачи сигнала на один из светодиодов процессор вновь переходит к выполнению действий, предусмотренных блоком 1.

Схема алгоритма работы микроЭВМ при тестировании микросхемы.