Курс лекций СПУ(тема 1-15) (1252160), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Процессор осуществляет последовательный опрос входных сигналов, поступающих от оборудования к модулям ввода- вывода, обрабатывает их по заложенной в памяти программе, хранит промежуточные результаты обработки, создает функции счета и времени и непрерывно контролирует систему на отсутствие возможных ошибок. Кроме того, процессор должен обеспечить ввод и обработку программы при записи ее системой программирования ПК, а также обеспечить связь с другими ПК и ЭВМ.

Программное ЗУ предназначено для хранения управляющих программ на всем периоде эксплуатации ПК в данной СУА, и допускает возможность перепрограммирования простыми средствами. В качестве программного ЗУ на стадии эксплуатации СУА обычно используются перепрограммируемое ЗУ, а на стадии отладки- оперативное ЗУ. Это связано с достаточно большим временем изменения информации в перепрограммируемом ЗУ (несколько часов). После отладки программы последняя из ОЗУ непосредственно вводится в ПЗУ или выводится на программоноситель и вводится в ПЗУ, которое устанавливается в ПК. Некоторые ПК допускают расширение памяти в результате использования вставных модулей. В ПК используются ЗУ разных типов.

Модули ввода- вывода предназначены для сопряжения ПК с внешним оборудованием, они непосредственно воспринимают сигналы от электрооборудования СУА (кнопок, контактных переключателей, датчиков) и осуществляют непосредственное управление ее исполнительными органами (магнитными пускателями, клапанами, распределителями, сигнальными лампами). В связи с этим в ПК обычно имеется два блока питания: основной, питающий внутреннюю электронику ПК, и блок питания входов- выходов. Обычно число входов- выходов модуля кратно 8, а входы и выходы снабжены световой индикацией, указывающей их состояние во время работы. Модули ввода- вывода преобразуют и нормализуют дискретные и аналоговые сигналы входов- выходов до уровня и вида тока, определяемых организацией ПК. Все модули ввода- вывода имеют гальваническую развязку с внутренней информационной шиной ПК, а также имеют средства фильтрации помех.

В отличие от дискретных модулей, аналоговые модули дополнительно осуществляют функцию аналого- цифрового и цифро- аналогового преобразования. Большинство аналоговых модулей обрабатывает сигналы напряжением от нуля до 10 В.

Тема 11. Системы ЧПУ, их принцип работы, основные понятия и определения.

11.1. Анализ рассмотренных систем автоматического управления.

Как показало рассмотрение изученных ранее систем автоматического управления, в них при подготовке управляющей программы (УП) информация чертежа детали из цифровой (дискретной) и однозначной превращается в аналоговую (кривые кулачка, копира, схема расстановки упоров). Это приводит к погрешностям, вносимым при изготовлении кулачков, копиров, расстановки упоров, а также в результате их износа в процессе эксплуатации.

УП во всех рассмотренных выше системах управления воплощается в физических аналогах- кулачках, копирах, упорах. Отсюда необходимость трудоемкого изготовления данных программоносителей и их последующей установки а наладки на станке. Это затрудняет автоматизацию подготовки УП и, самое главное, в результате приводит к длительной переналадке станков с данными системами управления при переходе на обработку других деталей. Т.е при достаточно высокой производительности данных систем управления (особенно систем управления с РВ) их мобильность очень низкая.

11.2. История развития систем ЧПУ.

1949 г.- идея цифрового задания всей информации УП и создание на этой основе систем ЧПУ.

1950 г.- по заказу ВВС США в Массачусетстком технологическом институте разработана система ЧПУ для фрезерного станка (база- релейно- контакторная, электронные лампы). В это же время начинается разработка аналогичных систем управления у нас в стране. Станки с ЧПУ-644IПР (НИИТМ) и 6PI3ПР (ЭНИМС). Это системы ЧПУ первого поколения.

1960 г.- развитие электронной техники позволило разработать системы второго поколения на базе транзисторов и съемных печатных плат со штекерными разъемами. Системы ЧПУ первого и второго поколений изготовлялись индивидуально для оснащения конкретных станков.

1965 г.- экономически эффективными по стоимости и занимаемому объему системы ЧПУ (третьего поколения) смогли стать лишь после внедрения интегральных схем (первоначально с малой степенью интеграции), т.к. последние занимали лишь одну шестую объема по сравнению с тем, который требовался ранее, и были дешевле схем на базе дискретных элементов.

Три первых поколения систем ЧПУ имеют общую особенность. Независимо от вида их компонентов (электронные лампы, транзисторы, интегральные схемы с малой степенью интеграции) функции, реализуемые этими компонентами, либо группами компонентов, должны быть жестко согласованы между собой.

В жесткопрограммируемых системах ЧПУ функциональные процессы и логические связи между электронными блоками осуществляются аппаратным методом. Подобные системы ЧПУ имеют ряд недостатков (необходимость жесткого согласования всех функций и логических связей; повышение расходов на коммутацию с ростом степени сложности и комплектности системы; невозможность оперативного изменения алгоритмов управления), которые ограничивают их техническую и экономическую эффективность.

В данных системах ЧПУ процесс расчета управляющей программы был отделен от самого процесса управления станком. Управляющая программа выдавалась из ЭВМ в виде числовой модели, описывающей процесс управления в пространстве и времени. Для формирования по этой числовой модели информации в виде, пригодном для непосредственного управления следящими системами станка, были разработаны специализированные малые ЭВМ- интерполяторы.

1970 г.- начало применения систем ЧПУ, построенных на основе мини- ЭВМ (четвертое поколение). Это начало переломного момента в развитии систем ЧПУ.

Это системы ЧПУ класса CNC или CNC- Steuerung, построенные на основе программируемых устройств ЧПУ. При разработке таких систем была поставлена цель передать ЭВМ ряд функций (расшифровки данных, ввод в память, запоминания в буферной памяти, сравнения, вычисления, интерполирования), которые ранее жестко программировались, и ввести эту ЭВМ в систему ЧПУ. Для осуществления такого принципа управления ЭВМ должна иметь малые размеры, значительные вычислительные возможности, большой объем памяти и легко программироваться.

В любой системе ЧПУ четвертого поколения имеется, как минимум, одна микро- ЭВМ. Центральным узлом обработки данных является микропроцессор, который представляет собой цифровую БИС, преимущественно с монолитной структурой. Основные достоинства микропроцессора, полностью заменяющего жестко запрограммированную логику, - программируемость и гибкость применения.

Характеристики микро- ЭВМ определяются не только работоспособностью микропроцессорного блока управления, объединенного с другими БИС и электронными узлами. Большое значение имеют полупроводниковые запоминающие устройства (ЗУ) типов ROM, PROM, EPROM, RAM и тд.

Блоки ввода- вывода служат для присоединения объекта управления к микропроцессорной системе. В качестве таких блоков могут применяться, например интерфейсы. С другими функциональными блоками микропроцессоры соединяются посредством системы шин (шины данных, адресной и управляющей шин).

Для осуществления диалога с оператором предусмотрены специальные внешние устройства (пульты управления).

Системы ЧПУ четвертого поколения позволяют значительно расширить возможности, которыми обладали жесткопрограммируемые системы, и осуществлять сложные функции без дополнительных расходов на аппаратную часть.

Поскольку управление современными системами ЧПУ осуществляется в реальном масштабе времени, время отработки алгоритмов управления имеет существенное значение для нормального функционирования системы ЧПУ. Оно зависит, с одной стороны, от эффективности алгоритма, а с другой- от быстродействия микропроцессора или микро- ЭВМ.

1990-2000 г.- продолжение широкого развития и внедрения станков с ЧПУ. Разработка систем ЧПУ на основе применения персональных компьютеров (пятое поколение), расширение их функциональных возможностей.

11.3. Принцип работы систем ЧПУ.

Особенности принципа работы систем ЧПУ заключается в следующем:

- вся информация (размерная, технологическая, вспомогательная) вводится в числовом виде, инженер- программист переводит задачу, сформулированную на разговорном языке, в понятный для ЭВМ язык программирования;

- информация вводится автоматически, т.е. всю УП надо определить и запомнить на программоносителе или в памяти устройства ЧПУ;

- для преобразования данных в управляющие команды и для контроля выполнения этих команд станку требуется устройство ЧПУ.

При составлении управляющей программы траекторию представляют в виде ряда последовательных положений инструмента. Каждое положение определяется числом. Сочетание таких чисел- УП. В системах ЧПУ связь между координатами только через УП.

Основные элементы траектории- прямая и дуга окружности. Элемент траектории в УП задается опорными точками- это координаты начала и конца отрезка прямой (рис.11.1 ).

Для участка дуги еще необходимо задать координаты центра дуги.

Конечные размеры режущего инструмента приводят к тому, что траектория его центра отличается от траектории, запрограммированной в УП, на значение радиуса или длины инструмента. Это приводит к необходимости автоматического расчета самим УЧПУ эквидистантного контура, то есть равноотстоящего от заданного УП на размер инструмента.

Аппроксимация непрерывной кривой между опорными точками дискретной совокупностью точек, называется интерполяцией, которая может быть линейной и круговой.

Аппроксимация- приближенное выражение одних величин или геометрических образов через другие, более простые.

Интерполяция- нахождение промежуточных значений величины по некоторым известным ее значениям.

11.4. Основные определения в системах ЧПУ.

В соответствии с ГОСТ 20523-80 «Устройства ЧПУ станками. Термины и определения» имеем:

ЧПУ- управление обработкой заготовки на станке по УП, в которой данные заданы в цифровой форме;

УП- совокупность команд на языке программирования, соответствующая заданному алгоритму функционирования станка по обработке конкретной заготовки.

УП содержит укрупненное кодированное описание всех стадий геометрического и технологического образования изделий. Главное «с информационной точки зрения» в этом описании то, что не допускает двусмысленных трактовок.

УП включает:

- геометрическую информацию: данные о типе траектории и ее параметрах (линейных, угловых перемещений, скорости и ускорений при отработке элемента траектории);

- технологическую информацию: данные о режимах работы оборудования, номера инструментов, функции управления электроавтоматикой и др.;

- логическая информация.

Система ЧПУ- совокупность функционально взаимосвязанных и взаимодействующих технических и программных средств, обеспечивающих числовое программное управление станком.

Можно также дать такое определение: набор алгоритмов обработки информации и средства их реализации, объединенные для достижения заданных целей управления в объекте.

Устройство ЧПУ- устройство, выдающее управляющее воздействие на исполнительные органы станка в соответствии с УП и информацией о состоянии управляемого объекта.

Устройство ЧПУ расшифровывает управляющую информацию и использует ее в вычислительном цикле, результатом которого является формирование оперативных команд в реальном масштабе машинного времени станка.

11.5. Классификация систем ЧПУ.

11.5.1. Классификация систем ЧПУ исходя из технологических задач управления обработкой.

Основной задачей УЧПУ является задание и воспроизведение некоторой пространственной траектории, в соответствии с чем имеем УЧПУ, обеспечивающие управление:

- позиционное, где траектория задается координатами точек в пространстве (рис. 11.2, а);

- контурное, где траектория задается пространственной кривой (рис.11.2, б ).

В соответствии с ГОСТ 20523-80.

Позиционное ЧПУ- ЧПУ станком, при котором перемещение его рабочих органов происходит в заданные точки, причем траектории перемещения не задаются.

Контурное ЧПУ- ЧПУ станком, при котором перемещение его рабочих органов происходит по заданной траектории и с заданной скоростью для получения необходимого контура обработки.

Комбинированное ЧПУ- ЧПУ станком как в режиме позиционного, так и в режиме контурного управления.

Обозначение систем ЧПУ в моделях станков.

11.5.2. Классификация систем ЧПУ по наличию обратной связи.

Характеристики

Список файлов лекций