- •Содержание
- •Предисловие
- •1 Принцип работы станка с чпу и подготовка информации для управляющих программ
- •1.1 Подготовка информации для управляющих программ
- •2.1 Кодирование информации уп
- •2.2 Запись уп на перфоленту
- •2.3 Элементы систем числового программного управления
- •3 Классификация чпу по технологическим признакам
- •3.1 Система позиционного числового программного управления
- •3.2 Система непрерывного числового программного управления
- •4 Структурно-информационный анализ учпу разных классов
- •4.1 Классификация систем с чпу (по архитектуре)
- •4.2 Системы классов cnc, dnc, hnc и vnc
- •5 Разомкнутые системы. Дискретный (шаговый) двигатель подачи
- •5.1 Дискретный (шаговый) двигатель подачи
- •6 Замкнутые системы чпу
- •7 Импульсные системы чпу.
- •7.1 Импульсные датчики обратной связи
- •8 Фазовые системы чпу
- •8.1 Фазовые датчики обратной связи
- •9 Блок схема nc, работа и назначение блоков
- •10 Интерполяция
- •11 Система координат станков с чпу
- •12 Программирование перемещении и коррекция инструмента
- •12.1 Формирование уп
- •12.2 Коррекции при программировании
- •12.3 Программирование в полярной системе координат
- •13 Эксплуатация и диагностирование систем чпу
- •14 Система координат инструмента
- •15 Связь систем координат
- •16 Наладка и настройка токарных станков с чпу
- •17 Наладка фрезерных станков с чпу
- •17.1 Методы установки рабочих органов станков в исходное положение
- •18 Системы управления пр
- •19 Утилитарная блок схема cnc
- •20 Организация и технические средства микропроцессорных учпу
- •20.1 Организация программного обеспечения
- •20.2 Информационный обмен между эвм и спу
- •20.3 Принципы построения и структуры
- •21 Программируемые контроллеры
- •22 Элементы памяти систем чпу
- •23 Автоматизация подготовки уп
- •24 Диалоговые методы программирования на учпу
- •25 Система циклового программного управления
- •26 Управление автоматическими линиями
- •27 Управление гпс
- •28 Диагностика в гпс
- •Список литературы
- •6. П.Н.Белянин, м.Ф.Идзон, а.С.Жогин. Гибкие производственные системы (Стр.168 –232)
- •10. В.А.Ратмиров Управление станками гибких производственных систем(стр.14-40, 156-164, 172-210)
- •12. Б.Марголит Наладка станков с программным управлением (стр.18-24; 125-130; 130-132; 139-150)
20 Организация и технические средства микропроцессорных учпу
20.1 Организация программного обеспечения
В этом разделе кратко рассматриваются общие вопросы программного обеспечения УЧПУ локальными объектами, которые имеют средства общения с оператором и внешними устройствами, ввода информации управления и ее преобразования в технологическую программу управления, тестирования и диагностирования. Эти средства реализуются совокупностью электронных, электромеханических устройств и программного обеспечения. Удельный вес аппаратуры и программного обеспечения в проекте УЧПУ определяется в процессе проектирования УЧПУ. Но стремление к унификации УЧПУ удешевляет аппаратную часть УЧПУ и увеличивает удельный вес стоимости программного обеспечения в стоимости проекта.
Как правило, средства общения с оператором и внешними устройствами — источниками управляющей технологической информации, устройствами диагностики, ввода управляющей технологической информации и преобразования ее в управляющую программу работают в режимах, предшествующих технологическому процессу на этапах подготовки к нему, а само управление технологическим процессом, выполняемым локальным оборудованием, происходит в режимах исполнения в реальном времени. Однако некоторые УЧПУ позволяют выполнять задачи подготовки к следующему технологическому процессу, а также задачи диагностики и прогнозирования в процессе выполнения текущего технологического цикла. Такие системы требуют большой вычислительной мощности и развитого ПО.
Достижения вычислительной техники привели к широкому толкованию термина «Программное обеспечение». Прежде чем говорить о ПО, необходимо выяснить, на какие категории оно подразделяется, и уяснить основные понятия и термины.
Программа — это последовательность команд или операторов, которая воспринимается вычислительной машиной, в результате чего машина выполняет некоторую работу. Как сопоставить между собой понятия программа и ПО?
Программа имеет жесткие связи между модулями и подпрограммами, ПО — свободно связанная группа программ. Однако четкую границу между большой программой и ПО провести не удается, но понимание разницы между программой и ПО необходимо и полезно. Программное обеспечение — это тот «предмет», который выполняет работу. Однако ГОСТ 20523—80 относит сюда же еще и документацию, получаемую на стадии проектирования программ. Многие авторы этого не делают. Разработка программного обеспечения может быть разбита на шесть этапов: определение требований и заданий; проектирование; написание команд — программирование; компоновка; тестирование; документирование.
Любая программная система при ее реализации обычно проходит три стадии: проектирование, использование и сопровождение (продолжающегося проектирования). Большая система ПО никогда не может быть отлажена до конца, даже после нескольких лет тестирования и использования. Поэтому разработка ПО весьма трудоемкий и дорогостоящий процесс. Современное ПО становится все более сложным, находит все более широкое применение и в то же время превращается в «обыкновенную» продукцию для пользователя.
Программное обеспечение состоит из множества программ различных типов, поэтому говорить о нем можно, только употребляя уточняющие слова: ПО проекта УЧПУ, ПО, работающее в реальном времени или диалоге, инструментальное, системное или прикладное. Каждая из этих категорий обладает характерными только для нее чертами.
Основным инструментом создания нового ПО является вычислительная машина и ее ПО, которые являются «инструментом для создания инструмента». Но при работе над проектом нового
ПО руководителю разработки необходимо быть компетентным в общих инженерных вопросах, а также во всех областях знаний.
Программное обеспечение используется при обработке данных» решении научных задач, в информационных системах, в диалоговых системах решения задач, при управлении процессами.
Для УЧПУ характерно использование таких ПО, которые предполагают соответственно вычисления, специально организованное хранение и использование информации, диалог с пользователем при разработке управляющих технологических программ, тестировании и прогнозировании, управление работой локального оборудования в реальном времени.
Управляя процессами, машина должна успевать выполнять свою работу за отведенное время. При этом любые сбои могут привести к полному нарушению управляемого процесса и непредсказуемым последствиям, проявляющимся в авариях и браке часто дорогостоящих изделий. Поэтому ПО, использующееся при управлении процессами, должно иметь высокую степень помехозащищенности и надежности, что приводит к необходимости разрабатывать один из самых сложных видов ПО.
Все ПО могут быть разделены на три типа: прикладное, системное, инструментальное.
Первые два типа ПО работают на стадии использования, а последние два — на стадии разработки.
Прикладное ПО — это программы, непосредственно выполняющие поставленную перед ними задачу, например диагностику или траекторную задачу. Прикладные программы обычно составляются специалистами по автоматизации процессов управления.
Системное ПО — это программы, которые взаимодействуют о прикладными или инструментальными программами, облегчая работу пользователя. Такое ПО использует вычислительную машину для управления ею самой и ее окружением. ПО, известное под названием операционных систем и систем управления базами данных (СУБД), также попадает в эту категорию. Разработка системного ПО — задача системных программистов.
Размеры денежных вложений на создание и модификацию операционных систем очень велики. Но так как они выполняют огромное число функций, их используют там, где только это допустимо.
Системы управления базами данных выполняют функции формирования и ведения баз данных, отражающих информационные модели конкретных объектов. От обоснованности, точности и достоверности этих моделей во многом зависит эффективность управления этими объектами. Системы управлений базами данных позволяют значительно облегчить процесс внесения изменений в прикладное ПО, экономить пространство памяти и повысить достоверность информации благодаря уменьшению общего числа файлов, облегчить доступ к данным.
Однако далеко не все управляющие комплексы работают с операционными системами. В системах реального времени стандартные операционные системы работают слишком медленно. Кроме того, в стадии использования ПО операционные системы занимают часть памяти и для выполняемой ими работы требуется машинное время. Эти обстоятельства вынуждают разрабатывать специальное системное ПО для управления в реальном времени объектами с быстро изменяющимися процессами и событиями, свойственными и для УЧПУ. Системное ПО может быть выполнено фирмой по производству ПО, либо изготовителями аппаратуры УЧПУ, либо может быть разработано пользователями. Системное ПО управляет процессами и ресурсами вычислительной системы: оперативной памятью, центральным процессором или процессорами, внешними устройствами, файлами и вычислительной системой.
Инструментальное ПО — это программы, используемые программистами для создания ПО стадии использования. К ним относятся ассемблеры, трансляторы, интерпретаторы, редакторы, оптимизаторы и другие программы.
Для повышения мощности и производительности вычислительной системы, особенно при решении задач в реальном времени, применяют мультипроцессорные вычислительные системы, процессоры которых обладают различными вычислительными возможностями. При мультипроцессорной обработке к общей памяти или к нескольким общим блокам памяти подключается сразу несколько центральных процессоров, которыми управляет одна операционная система. В этом случае используется метод мультипрограммирования, при котором переключение с одной программы на другую происходит без загрузки в оперативную память и удаления из нее какой-либо из программ. Если процессоры обладают не одинаковыми возможностями, то один из них может быть ведущим, а другие — вспомогательными. Но при этом используются разные операционные системы и нет мультипроцессорной обработки. В мультипроцессорных УЧПУ, как правило, каждый процессор ориентирован на выполнение конкретной задачи или нескольких задач, таких, как обслуживание дисплея, приводов, управления системой, решение траекторных задач, ввода—вывода и др. Такой метод часто называют методом присоединенного вспомогательного процессора.
Производительность мультипроцессорной системы ниже суммы производительностей отдельных микропроцессоров из-за конфликтов, возникающих при обращении к общим ресурсам.
Кроме повышения мощности вычислительной системы, мультипроцессорные системы могут обеспечивать бесперебойную работу при отказах блоков системы, исключая из нее отказавшие блоки и часть функций.
Общие проблемы системного ПО, часто возникают при проектировании систем реального времени УЧПУ. Существует множество различных ограничений реального времени, которые необходимо учитывать при разработке ПО УЧПУ.
Рассмотрим с этих позиций требования к организации вычислительного процесса в однопроцессорном УЧПУ с учетом ограничений на быстродействие процессора. К этим требованиям относятся обеспечение непрерывности обработки и постоянства контурной скорости, обеспечение устойчивой работы исполнительного устройства и удовлетворительного сглаживания им заданной траектории, представляющей обычно ее аппроксимацию прямыми или дугами окружности, интерполированными по способу прямоугольника. Устойчивая работа исполнительного устройства и удовлетворительное сглаживание скачков сигнала задания при заданной полосе пропускания обеспечивается при замыкании контура положения с постоянным циклом, не превышающим 8—16 мс. Постоянство контурной скорости предусматривает постоянство цикла расчета программы интерполяции, и этот цикл не может существенно превышать указанную цифру 8—16 мс, так как именно дискретный характер интерполяции приводит к необходимости сглаживания сигнала задания. Наконец, непрерывность обработки достигается в результате записи данных в буферную память. Пока УЧПУ совместно с объектом управления отрабатывает текущий кадр УП, в фоновом режиме выполняются расчеты, связанные с подготовкой информации следующих кадров; полученные данные записываются в буферную память, и после получения сигнала конца отработки текущего кадра УЧПУ уже готово к отработке следующего кадра.
Совершенно очевидно, что для программ такого типа особенно важна модульная структура. Модули должны тестироваться отдельно друг от друга вместе с обслуживаемыми ими устройствами, используемыми модулями обработки, модулями данных или используемыми модулями управления и моделями объектов. Для тестирования ПО в полном объеме может потребоваться моделирование всего процесса или реальная система, эксплуатируемая на стадии отладки ПО. Иногда ПО, работающее в реальном масштабе времени, испытать заранее на реальном оборудовании невозможно, что приводит к тестированию ПО на модели.
На стадии эксплуатации ПО выявляется расхождение между существующим состоянием работы системы и желаемым, что приводит к необходимости иметь группу лиц сопровождения ПО, занимающуюся на стадии сопровождения (продолжающегося проектирования) следующими вопросами: исправлением ошибок; включением новых функций, связанных с непредусмотренными на стадии разработки изменениями среды; модификацией функций (их изменением и расширением); модификацией ПО в связи с модификацией оборудования.
Следует отметить, что системное ПО УЧПУ, используемое на стадии подготовки к управлению объектом, часто не может быть использовано на стадии управления им. Поэтому существует задача совместимости системного ПО этих стадий и увеличения ресурсов УЧПУ.
Таким образом, создание ПО проекта УЧПУ, обладающего широкими возможностями, является сложной задачей. Для ее решения необходимы глубокое понимание сущности и особенностей проекта в целом, наличие соответствующих задач технологии и инструмента, а также времени.
Стоимость ПО проекта УЧПУ может доходить до 90 % общей стоимости проекта. Стоимость же ПО УЧПУ, если их выпускается много, может быть мала по сравнению со стоимостью аппаратных средств УЧПУ.