Функциональная схема счпу
Описание счпу «Электроника нц-80 (мс2101)»
Данная СЧПУ имеет класс структуры: мультипроцессорные блочного и блочно-модульного исполнения (с независимыми процессорами).
Основные характеристики данной СЧПУ:
1. вычислитель: вид – однокристальная микроЭВМ,
тип – ВМ1, ВМ2, ВМ3,
разрядность – 16.
2. Объем ОЗУ, Кбайт – 28 для двухблочного исполнения.
3. Объем ППЗУ (ПЗУ), Кбайт – 48 для двухблочного исполнения.
4. Быстродействие, тыс.оп./сек – 380.
5. Энергонезависимая память, Кбайт: штатная – 32,
внешняя – 256 (ЦМД-3101).
6. Программируемый таймер, шт. – 1.
7. Телеграфный канал – 3.
Мультипроцессоры (блочные и блочно-модульные УЧПУ) позволили реализовать ряд новых функций. Наличие отдельного процессора у дисплейного блока сделало возможным введение в УЧПУ развитых средств диалогового задания управляющей программы с графическим отображением на дисплее траектории движения инструмента. Создание процессорных модулей управления приводами (в блочно-модульных системах) привело к расширению числа управляемых координат. Увеличение объемов памяти позволило организовать хранение информации, необходимой для функционирования ГП-модулей в условиях безлюдной технологии.
Мультипроцессорные системы позволяют организовать многопрограммную обработку различными шпинделями. При этом каждый шпиндель перемещается по своей программе.
Наличие отдельного дисплейного процессора позволяет вводить новую управляющую программу во время обработки по другой программе. Приведенные примеры далеко не ограничивают новые качественные показатели мультипроцессорных систем.
Один из первых отечественных мультипроцессорных блочных систем представлен серией «Электроника МС 2101». Каждый блок в этих устройствах имеет отдельный вычислитель. Межблочная связь выполняется по телеграфному каналу. В зависимости от типа станка (ГП-модуля) и задач управления в состав УЧПУ входит два, три или более блоков. Кроме того, можно варьировать составом блока (кроме дисплейного блока).
Первый дисплейный блок (микроЭВМ «Электроника НМС 12401») во всех исполнениях УЧПУ имеет одинаковую аппаратную часть и отличается только ПрО отображения программ. Этот блок имеет объем основной памяти 56К байт и внутреннюю память на цифровых магнитных доменах (ЦМД) 32К байт. Кроме того, к первому блоку подключается кассета внешней памяти на цифровых магнитных доменах (на ЦМД), обеспечивающая сохранение информации. Съемные кассеты позволяют расширить состав сервисных программ, хранить библиотеку от управляющей программы (УП) и подготавливать их отдельно от станка. Кроме ввода УП с клавиатуры пульта и кассеты, предусмотрена возможность подключения фотосчитывающего устройства и ЭВМ верхнего ранга и вывод откорректированной УП на перфоленту.
Второй блок имеет различные исполнения в зависимости от состава входящих в него модулей. Этот блок выполняет функции управления приводами, электроавтоматикой станка и хранения технологического ПрО. Конструктивно блоки выполнены в виде герметизированных корпусов.
Рис.3.1. УЧПУ «Электроника МС2101»
а – дисплейный блок; б – блок управления; 1 – плазменный дисплей; 2 – поле «меню»; 3 – виртуальная клавиатура «меню»; 4 – цифровая и функциональная клавиатуры; 5 – радиаторы охлаждения; 6 – блок питания
Первый блок устанавливают на станке со стороны оператора, а второй встраивают в станок или в шкаф электрооборудования.
Модульный принцип компоновки аппаратных средств позволяет построить различные исполнения УЧПУ. Некоторые из базовых модификаций приведены в табл. 3.1. Структурные схемы первой и второго блоков представлены на рис. 3.2, 3.3.
Табл. 3.1.Исполнения УЧПУ «Электроника МС2101»
Тип УЧПУ |
Группа станков |
Тип блока (микроЭВМ) |
Данные второго блока |
МС 2101.01 (двухблочное исполнение) |
Токарная |
НМС 12401.1 НМС 12402.1-02 |
Пять каналов связи с импульсными датчиками; три канала управления приводом, 120 входов/64 выхода. |
МС 2101.04 (двухблочное исполнение) |
Шлифовальная |
НМС 12401.1 НМС 12402.1-04 |
Пять каналов связи с импульсными датчиками; четыре канала управления приводом (четыре координаты), 64 входа/32 выхода. Четыре канала АЦП на девять разрядов. |
МС 2101.02 (трехблочное исполнение) |
Фрезерно-сверлильные многоцелевые и ГПМ |
НМС 12401.1 НМС 12402.1-06 НМС 12402.1 (командоаппарат) |
Пять каналов связи с импульсными датчиками; четыре канала управления приводом, 64 входа/32 выхода + 192 входа/96 выходов. |
Рис.3.2. Структурная схема УЧПУ «Электроника НМС12401» на трех платах (первый блок)
В – плата вычислителя; П – процессор 16-разрядный; ИРПС – интерфейс радиальный последовательный; ППЗУ – перепрограммируемая память; ЦМД – память на цилиндрических магнитных доменах; УОИ – дисплей (20 строк по 32 символа); ТК – телеграфный канал; КК – контроллер кассеты ЦМД; УК – управление клавиатурой.
Рис.3.3. Структурная схема УЧПУ «Электроника НМС12402» на четырех платах (второй блок)
ЭП – плата управления приводами; АЦП – аналогово-цифровой преобразователь; ЭА – плата управления электроавтоматикой.
Вычислитель микроЭВМ каждого блока состоит из следующих узлов: АЛБ (арифметико-логический); ПЗУ; ОЗУ; ИРПС (интерфейса радиального последовательного); БС (узла синхронизации) и БРП (узла радиальных прерываний).
Арифметико-логический узел (АЛБ) предназначен для выполнения действий над операндами и формирования адресов команд и операндов. Он выполнен на одной сверхбольшой интегральной микросхеме К1801ВЕ1, которая содержит восемь 16-разрядных регистров общего назначения (РОН), два из которых системные: указатель стека, содержащий адрес последней заполненной ячейки стека, и счетчика команд, содержащий адрес очередной выполняемой команды. Кроме восьми РОН, АЛБ оснащен регистром состояния, содержащим информацию о текущем состоянии АЛБ: текущий приоритет АЛБ, значения кодов условий ветвления, зависящих от результатов выполнения операций, и т. д.
Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) предназначено для хранения неизменяемых программ матобеспечения. При обращении к ПЗУ возможно только чтение информации. ПЗУ вычислителя микроЭВМ НМС 12401 имеет объем до 12К слов, а вычислителя НМС 12402 20К слов (16-разрядных).
Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) используют для хранения переменных программ матобеспечения, операндов, векторов, организации стека. ОЗУ выполнено на микросхемах динамического типа. При отключении питающего напряжения регенерация информации в ОЗУ обеспечивается аппаратными средствами. ОЗУ микроЭВМ первого и второго блоков имеют соответственно 16К и 8К слов. ОЗУ содержит регистр состояния, который доступен для чтения и записи информации.
Интерфейс радиальный последовательный (ИРПС) содержит БИС телеграфного канала (ТК) (три дуплексных асинхронных канала) передачи и приема последовательной информации, общую схему управления и общий регистр состояния.
Узел синхронизации (БС) формирует синхронизирующие сигналы в широком диапазоне частот: 8 мГц, 4 мГц, 50 кГц, 10 кГц, 5 кГц, 500 Гц. Частота 10 кГц поступает на программируемый таймер с регистрами данных и управления, минимальная дискрета которого составляет 0,1 мс.
Узел радиальных прерываний (БРП) формирует прерывания и векторы прерываний для АЛБ.
Дисплейный узел (УОМ), выполненный на плазменном дисплее, позволяет вывести графическую и буквенно-цифровую информацию.
Узел связи с электроавтоматикой (ЭА) содержит 32 выхода и 64 входа. Максимальная частота переключения линий управления 10 кГц. В блоке они разделяются на группы по восемь линий в канале. Каждый канал имеет свой адрес и схему управления, содержащую восьмиразрядный регистр информации и четырехразрядный регистр управления.
Узел связи с усилителями приводов и измерительными преобразователями включает четыре канала связи с приводами и пять каналов связи с фотоимпульсными датчиками (один канал для электронного маховика).
Аналого-цифровые преобразователи в зависимости от исполнения могут быть выполнены девяти- или двенадцатиразрядными и рассчитаны на напряжение ±10 В.
В системе «Электроника МС 2101» имеется развитая самодиагностика, реализуемая аппаратными и программными средствами. Вопросы контроля работы УЧПУ, исключающие сбойные ситуации, играют большую роль в обеспечении функционирования ГПС, особенно при переходе к режимам безлюдной технологии.
Встроенные аппаратные средства контроля имеются во многих блоках УЧПУ и реализуются на основе разных принципов. В СБИС АЛУ блока вычислителя предусмотрены аппаратные прерывания по ошибке обращения к каналу, резервной команде и нарушению питания. Для повышения надежности работы канала (БИРПС) БИС телеграфного канала осуществляет аппаратный контроль на четность принятой информации и контролируется соблюдение протокола обмена. В приемнике реализованы средства защиты от ложного старта, а также интегратор входных импульсов.
В контроллере ЭА предусмотрена защита сигнала «Готовность УЧПУ», для чего данный сигнал периодически подтверждается. Для повышения помехоустойчивости в канале связи с электроавтоматикой станка предусмотрены оптроны.
Контроль измерительного тракта в контроллере ИПП и связь с фотоимпульсными датчиками обеспечивают аппаратные прерывания при обрыве и коротком замыкании сигналов.
Доступность регистров по чтению/записи обеспечивает возможность диагностики контроллеров ИПП и ЭА до программно доступных регистров.
В регистре управления ЗУ ЦМД индицируются ошибки «Устройство не готово», «Устройство занято», «Недействительный код операции».
Для повышения надежности работы ОЗУ большая интегральная схема выполняет коррекцию одиночных ошибок в считанной из памяти информации с помощью кода Хэмминга, а также сигнализирует о двойной, ошибке. Исправление ошибок в памяти является мощным средством повышения надежности. Существуют также более развитые схемы, позволяющие исправлять двухбитовые ошибки. Контроль этих ошибок может реализоваться схемными или программными методами, а также смешанным аппаратно-программным способом. Однако все коды построены по одному общему принципу: исходя из определенных сочетаний битов контролируемых данных, формируются дополнительные биты, называемые контрольными или битами четности. Зная положение этих битов в закодированном слове данных и их значения (1 или 0), можно обнаружить определенное число ошибок. Автоматическое исправление некоторых из этих ошибок сводится к замене 1 на 0 или наоборот. Обычно число автоматически исправляемых ошибок в слове меньше числа ошибок, которое можно обнаружить.
Применение корректирующих кодов является одним из самых перспективных методов повышения надежности при все возрастающих объемах памяти УЧПУ.
Создание программно-математического обеспечения микропроцессорного УЧПУ является весьма трудоемким и дорогостоящим процессом.
Кроме внутренних аппаратных средств самодиагностики в УЧПУ «Электроника МС 2101», предусмотрены развитые диагностические тесты, а также внешние аппаратные средства. Последние служат для обнаружения отказавшего элемента при отладке отдельных модулей. Они подключаются непосредственно к разъемам плат УЧПУ.
Кроме систем ЧПУ, при создании высокоавтоматизированных ГПМ и транспортно-складских систем все большее значение приобретает программируемый командоаппарат (ПК). В комплексе «Электроника МС 2101» имеется блок ПК типа НМС 12402.1, который работает совместно с другими блоками. Устройства ЧПУ могут работать также со специализированным ПК, например серии микроДАТ.
ПК, кроме функции управления электроавтоматикой оборудования, позволяют управлять приводами вспомогательных механизмов в режиме позиционирования, что расширяет возможности УЧПУ.