Сосонкин_Системы_ЧПУ (1087166), страница 10
Текст из файла (страница 10)
Основнаязадача при разработке систем типа PCNC нового поколения состоит в наиболее полном использовании принципов открытой архитектуры. Международные программы OSACA и другие не справились до конца с этой проблемой. Между тем ее решение состоит в использовании лучших достижений системной интеграции больших систем. В самом деле,математическое обеспечение системы ЧПУ содержит оригинальные программные компоненты производителя, компоненты, заказанные у другихкомпаний, готовые коммерческие продукты, компоненты заказчика и конечного пользователя.
При этом система должна сохранять все признаки открытой архитектуры. В архитектуре PCNC с неменьшим успехом могут бытьиспользованы принципы OLE/COM и некоторые спецификации ОРС, какпри разработке отдельных модулей, так и на уровне макропроектированиявсей системы в целом.2.1.2. Модульная архитектура систем ЧПУна прикладном уровнеАрхитектура на прикладном уровне определяется количеством и составом прикладных разделов, называемых задачами управления [20]. Вчисле подобных задач можно упомянуть:• геометрическую, ориентированную на управление следящими приводами;• логическую, организующую управление электроавтоматикой;• технологическую, гарантирующую поддержание или оптимизациюпараметров технологического процесса;• диспетчеризации, обеспечивающую управление другими задачамина прикладном уровне;• терминальную, поддерживающую диалог с оператором, отображениесостояний системы,редактирование и верификацию управляющих программ.Структура системы ЧПУ (рис.
31) представляет собой совокупностьбазовых модулей (обведены сплошными линиями) и дополнительных модулей (обведены пунктирными линиями) [21]. Модули закреплены за задачами управления. К дополнительным модулям отнесены коммерческиеприложения. Модуль автономен и является вложенным объектом: он рас-58В.Д Сосонкин, Г.М. Мартинов. Системы числового программного управленияI1III1fIГлава 2. Общие принципы построения систем ЧПУ59полагает собственными алгоритмической структурой, структурой данныхи интерфейсной оболочкой для работы в клиент-серверной среде.
Общаяструктура представлена NC-подсистемой (Numerical Control) и РС-подсистемой (Personal Computer). Первая формирует среду для ЧПУ ориентированных модулей, работающих в реальном времени, и (возможно) для специальных приложений пользователя. Вторая подсистема образует средуWindows-образного интерфейса пользователя и включает инструментальную систему подготовки и тестирования управляющих программ, а также(возможно) другие специальные приложения.Взаимодействие модулей осуществляется посредством программнойобъектно-ориентированной магистрали, которая не только поддерживаеткоммуникационные протоколы, но и выполняет серверные функции.
Этозначит, что магистраль является глобальным механизмом предоставлениямодулям информационных услуг. Такая возможность отражена и в самихинтерфейсах модулей: они могут предоставлять данные, запрашивать данные, управлять состояниями других модулей. Запрос данных осуществляется синхронным, асинхронным способами или по событию. Выбор механизма запроса зависит от конкретной задачи. При синхронном запросе клиент (модуль, осуществляющий запрос) останавливается в точке запроса иждет до истечения тайм-аута ответа от сервера (модуля, обслуживающегозапрос).
При асинхронном запросе клиент продолжает свою работу, а обработка ответа, независимо от времени его получения, выполняется специальной функцией (callback-функцией); ее работа напоминает механизмобработки прерывания. Запрос по событию (синхронный, асинхронный)означает, что ответ будет получен только после изменения данных.Структура, представленная на рис.
31, обозначает набор модулей, позволяет специфицировать их интерфейсы, выявляет типы запросов, помогает составить техническое задание на объектно-ориентированную магистраль.2.1.3. Открытая архитектура систем управленияГибкие и наиболее сложные системы ЧПУ с открытой архитектуройвыполняют согласно двухкомпьютерной архитектурной модели (рис. 32, а).По мере роста вычислительной мощности компьютеров все более привлекательным становится однокомпьютерный вариант (рис. 32, б).Двухкомпьютерная модель предполагает размещение РС-подсистемына одном компьютере, а NC-подсистемы - на другом.
В РС-подсистеменаиболее целесообразна операционная система Windows NT, а в NC-подсистеме - операционная система реального времени UNIX. Обе операционные системы совместимы в том смысле, что поддерживают коммуникационные протоколы TCP/IP. Это позволяет построить коммуникационнуюсреду, объединяющую подсистемы. Включение в эту среду прикладного608.Л.
Сосонкин, Г.М. Мартинов. Системы числового программного управленияЁ8i«N /§?ПлатформаГлава 2. Общие принципы построения систем ЧПУg -)уровня с функциями доступа к интерфейсам модулей (а общее число таких функций может достигать нескольких сот) создает виртуальную шину,оказывающую низкоуровневые услуги доступа.
Объектная надстройка вшине формирует глобальный сервер, т.е. единую для обеих подсистемобъектно-ориентированную магистраль.Однокомпьютернаямодель предполагает использование традиционногокомпьютера, оснащенного дополнительными контроллерами для связи смехатронными объектами управления.
В их числе могут быть контроллерследящих приводов, программируемый контроллер PLC (ProgrammableLogic Controller), специальные устройства для управления технологическими процессами и др. В качестве операционной может быть использована система Windows NT, которая, однако, не является системой реальноговремени и в этой связи требует соответствующего расширения, напримерв виде системы RTX 4.1 американской фирмы VentureCom.Система RTX (Real Time eXtention) модифицирует слой HAL (HardwareAbstraction Layer) операционной системы Windows NT и дополняет егодиспетчером потоков (threads) реального времени. Диспетчер изолируетпрерывания, позволяя строить приложения реального времени, о существовании которых любые другие приложения не подозревают.Подсистема реального времени RTSS (Real-Time Sub-System) выполняет собственные функции и осуществляет управление ресурсами RTX.Подсистема RTSS реализована в виде драйвера Windows NT, служит дополнением к операционной системе и использует сервисы Windows NT иHAL для работы подсистемы реального времени отдельно от любых других приложений.
При этом обычные приложения «видят» подсистему реального времени как устройство (устройства).Другими компонентами системного уровня являются ядро и драйверыWindows NT. На интерфейсном уровне прикладные программные интерфейсы Win32 и RTX похожи; в них реализованы функции, необходимыесоответственно для создания обычных приложений и приложений реального времени.Разработанную с использованием RTX программу можно отлаживать изапускать также в среде Win32. Однако в RTX есть функции, не имеющиеаналогов в Win32, например функции работы с прерываниями.Архитектурные варианты, показанные на рис. 32, дают общее представление о принципах открытой архитектуры применительно к ЧПУ: четкоеразграничение между системным, прикладным и коммуникационным компонентами; возможность независимого развития любого из этих компонентов как на основе оригинальных разработок, так и путем встраиванияпокупных программных систем; клиент-серверная организация взаимодействия подсистем; стандартизация интерфейсов и транзакций.62В.
Л. Сосонкин, ГМ. Мартинов. Системы числового программного управления2.1.4. Виртуальная модель PC-подсистемы ЧПУВ вертикальном сечении PC-подсистема имеет многоуровневую структуру (рис. 33) и в полной мере соответствует модели виртуальной машины [22].Нижний уровень составляет компьютерная аппаратура, выше размещается операционная система Windows NT вместе с драйверами виртуальных устройств (VxD), обеспечивающими управление внешними устройствами, например контроллером панели оператора.
Доступ к операционной системе и ее службам осуществляется посредством API-слоя(прикладной интерфейс), который поддержан \Ут32-функциями и NC-функциями, обеспечивающими вход в подсистемы Windows NT и NC. Функции реализованы в виде DLL (Dynamic Link Library, библиотека с динамическим связыванием).
Поверх API-слоя расположен объектно-ориентированный сервер, служащий фундаментом для приложений в системе PCNC.В числе классов объектов - стандартные из библиотеки MFC (MicrosoftFoundation Classes), а также специально разработанные классы OOC_CLобъектно-ориентированной магистрали ООС (Object Oriented Channel).Сервер содержит в том числе и общие для всех приложений алгоритмы,такие как обработчики ошибок, средства форматирования и конвертирования данных, управляющие элементы многооконного экрана и др. На прикладном уровне размещаются разнообразные приложения: интерфейспользователя MMI (Man Machine Interface), инструмент разработки и верификации управляющих программ NCPDT (NC Program Data Tool) и др.ЗаключениеОсновными признаками систем ЧПУ нового поколения для мехатронных систем являются принадлежность к классу персональных систем уп-ПрикладнойуровеньОбъектноориентированныйуровеньAPI-уровеньСистемныйуровеньРис.
33. Виртуальная модель РС-подсистемыГлава 2. Общие принципы построения систем ЧПУравления PCNC и использование принципов открытой архитектуры.Открытая архитектура предполагает исключительную гибкость (конфигурируемость) системы, использование клиент-серверного подхода в организации транзакций, привлечение объектно-ориентированного подхода копределению макроструктуры, а также на уровне технологии программирования. Все это предопределяет принципиально новую организацию системы ЧПУ, в которой даже модули с традиционными наименованиями имеютновые функциональное и алгоритмическое наполнения, а также и новуюпрограммную реализацию.
Особо важную роль приобретает РС-подсистема, которая определяет пользовательские характеристики и уровень сервиса для оператора.2.2. Проблема реального времени в системахуправленияПоказано, что системы ЧПУ располагают модулями, работающими в машинном масштабе времени, и модулями, работающими в реальном времени. Все прикладные модули взаимодействуют между собой и нуждаются в диспетчеризации, причем проблемы диспетчеризации близки к тем, которые решаютсясредствами операционных систем реального времени.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
