Проников А.С. 1995 Т.2 Ч.2 (830967), страница 30
Текст из файла (страница 30)
Геометрическая задача ЧПУ может быть определена через фазы последовательного преобразования геометрической информации управляющей программы. Начальная фаза заключается в вводе управляющей программы в память устройства ЧПУ. В процессе размещения в памяти управляющей программы в исходном тексте исключаются пробелы, комментарии, непредусмотренные символы; текст подвергается синтаксическому н семантическому контролю. С момента активизации управляющей программы в автоматическом режиме ее информация используется в процессе вычислений, важное место в котором занимает подготовка буферного кадра. Эта подготовка включает расчеты эквидистант, преобразования координатных систем, определение параметров, используемых в алгоритме интерполяции. Алгоритмы интерполяции привязаны к рабочему кадру управляющей программы ЧПУ.
Интерполяционные вычислительные циклы работают с высокой частотой для оперативного управления следящими приводами подачи в целях движения по заданной траектории. Интерполяция необходима для управления каждым отдельным приводом подачи, а также для согласования движений приводов между собой. Логическая задача ЧПУ состоит в автоматизации на станке раз- нообразных вспомогательных операций: зажимов-разжимов, подводовотводов, переключений, пусков-остановов, смены инструмента. Ее специфика заключается в большом числе обменных сигналов между устройством ЧПУ и объектами управления на станке. Логическую задачу называют также системой цикловой автоматики, понимая под этим систему автоматического управления механизмами и группами механизмов, поведение которых определяется множеством параллельно-последовательных дискретных операций.
Под операцией понимают любое независимое действие отдельного механизма, выполняемое одним двигателем, инициируемое самостоятельным управляющим сигналом, подтверждаемое осведомительным сигналом дискретного датчика (конечного выключателя или др.). Логическая задача ЧПУ делится на независимые и связанные между собой (через взаимные блокировки) подзадачи, причем отдельная подзадача описывает циклический процесс, выполняемый некоторым механизмом станка. Все сложные дискретные процессы, выполняемые на станке с ЧПУ, проявляются в виде циклов автоматики.
Циклом автоматики станка,с ЧПУ называют последовательность действий, вызываемых по имени одним из трех следующих слов кадра управляющей программы: «Скорость главного движения» (5-функция); «Функция инструмента» (Т-функция), «Вспомогательная функция» (М-функция). Цикл автоматики состоит из одной или нескольких операций. Технологическая задача ЧПУ необходима в тех случаях, когда основной рабочий процесс сам становится объектом управления в целях поддержания или оптимизации.
Примером автоматически поддерживаемого рабочего процесса служит электрохимическая обработка, во время которой осуществляется взаимосвязанное управление источником технологического тока, системой подачи и очистки электролита, а также приводами подачи электродов-инструментов. Примерами оптимизируемых рабочих процессов служит фрезерование и токарная обработка, адаптивное управление которыми состоит в изменении подачи и скорости резания с целью увеличения производительности, снижения приведенных затрат, повышения качества обработки.
Терминальная задача ЧПУ служит источником потока заданий для всех остальных задач; причем эти задания формируются под управлением оператора станка или ЭВМ более высокого ранга. Содержание и глубина проработки терминальной задачи определяют конечное потребительское качество системы ЧПУ. Диалог с привлечением пиктографического меню, цвет, графика создают оператору системы ЧПУ требуемый уровень комфорта и сервиса. Уровень комфорта и сервиса должен быть таким, чтобы оператор в наибольшей степени использовал те возможности, которые лишь потенциально предоставляет ему станок. Терминальная задача возлагается на терминал устройства ЧПУ, который чаще является отдельным конструктивом (пультом оператора).
Пульт оператора может быть выполнен в виде универсальной консоли (пассивного терминала), подключенной к системе управления. В качестве пульта оператора можно использовать и универсальный персональный компьютер в промышленном исполнении (активный терминал) с необходимым комплектом периферийных средств. Конфигурация системы ЧПУ, способной решать все четыре задачи ЧПУ, показана на рис. 10.1. На нем указан состав аппаратных средств и показаны обобщенные каналы связи без уточнения числа линий, характера сигналов и способов их передачи. Рис.
1О.1. Конфигурация системы ЧПУ В конкретной системе ЧПУ задачи ЧПУ присутствуют все вместе или в различных комбинациях. Состав задач ЧПУ и мера их сложности оказывают непосредственное влияние на архитектуру устройства ЧПУ. Существуют два противоположных радикальных' архитектурных решения: «разделяемый вычислитель» и «выделяемые вычислители». В первом решении все задачи решаются параллельно с помощью одного вычислителя; при этом возникает проблема разделения процессорного времени. Во втором решении каждой задаче соответствует собственный вычислитель и параллельные вычисления на разных процессорах должны быть скоординированы между собой, что также является проблемой. Возможны и различные компромиссные решения.
Система с разделяемым вычислителем составляет простейший базо. вый вариант архитектуры (рис. )0.2,а). Недостаточная вычислительная мощность базового варианта сдерживает развитие функциональных возможностей системы управления. При этом возникают ограничения, например, на число управляемых координат, минимальную дискретность перемещения, максимальную скорость интерполируемой подачи'„ уровень сервиса для оператора и т. д. Резервом повышения вычислительной мощности в рамках базового варианта архитектуры является переход на 32-разрядные микропроцессоры. Другой способ состоит в использовании интеллектуальных контроллеров периферии (т. е.
микропроцессорных с памятью, доступной программированию пользователем), В их число входят контроллеры периферии, автоматики, приводов по. дачи. Интеллектуальные контроллеры разгружают вычислитель от операций ввода-вывода информации, выполняют отдельные части задач ЧПУ (например, замыкают позиционные контуры следящих приводов, осуществляют ввод-вывод дискретных сигналов автоматики), а в некоторых случаях решают какую-то задачу ЧПУ полностью (например, ре- 156 Рис. 10.2. Архитектурные вара.
бы с разделяемым вычисли- телем: о — базовый аарааат: б — каркает с персовалькым компьютерам к кптеллектталькымк коктроллерамк шают логическую задачу средствами программируемого контроллера). Усовершенствованный вариант с интеллектуальными контроллерами приводит к архитектуре, показанной на рис.
10.2,6. В этом случае интерфейс объекта выполняет функции сопроцессора реального времени. Эффективность вычислений можно существенно увеличить, если оптимизировать функции уровней виртуальности устройства ЧПУ. Виртуальная ЭВМ вЂ” функциональный эквивалент вычислительной машины и ее программного обеспечения, трактуемый как простая физическая ЭВМ, выполняющая программу на входном языке как программу в машинных кодах. Функциональные н языковые возможности виртуальной ЭВМ (в отличие от физической машины) обеспечены программно.
Концепция виртуальной ЭВМ раскрывает существование гибких (программно реализуемых) решений на некоторой базовой физической основе. Подобной гибкой виртуальной ЭВМ и является микропроцессорное устройство ЧПУ. Структура устройства ЧПУ как виртуальной ЭВМ представляет собой следук1щее. Исходная физическая ЭВМ построена как микропроцессорный автомат, воспринимающий лишь элементарные микрокоманды. Микропрограммное обеспечение системы команд создает первый уровень виртуальности, программирование которого осуществляется в машинных кодах.
Второй уровень виртуальности формируется с помощью системных средств, в составе которых ядро операционной системы, транслятор с языка программирования, драйверы ввода-вывода н т. д. Цель этого уровня — создание гибкого базового вычислителя с универсальными возможностями, удобной системой программирования 157 уудншувлсли шило а) уустлшуйулхр шлуум трвлауелмл мтмдеу бу Рис. 1О.З. Архитектурные варианты с выделяемыми вычислителями: а — сосредоточенная мультипроцессорная структура; б — распределенная мультипроцессорная структура со свяеью по общей шине; е — распределенная мультипроцессорная структура со свячью машин по выделяемым каналам чточка — точка» и подходящей операционной средой. С добавлением очередного уровня виртуальности, образованного функциональным математическим обеспечением ЧПУ, базовый вычислитель превращается в устройство ЧПУ, машинными командами которого теперь уже служат инструкции языка управляющих программ (кода 150 — 7Ь|1 и др.) и директивы языка панели оператора.
Выполнение устройством ЧПУ инструкций и директив связано с их последовательной трансляцией через все уровни виртуальности. Поэтому выгодно поддерживать выполнение части инструкций и директив на возможно более низких уровнях виртуальности. Для этого следует включить инструкции и директивы ЧПУ в систему команд на первом уровне виртуальности; предусмотреть аппаратную реализацию (с помощью специальных БИС) отдельных инструкций и директив ЧПУ на уровне физической ЭВМ. При выборе выделяемых вычислителей складывается мультипроцессорная архитектура (рис. 10.3). Число вычислителей не обязательно соответствует числу задач ЧПУ; одна задача может распределяться между двумя-тремя вычислителями, а бывает что появляются вычислители, выполняющие служебные функции (координации, доступа к большим массивам памяти и др.).
Мультипроцессорная архитектура возможна в двух вариантах: сосредоточенная структура (см. рис. 10.3,а) и распределенная структура,или микролокальная сеть (см. рис. 10.3,б,в), Различия между распределенной и сосредоточенной структурами следующие: в распределенной структуре каждая ЭВМ имеет свою операционную систему, в то время как в сосредоточенной структуре операционная система как бы «накрывает» мультипроцессор; обмен информацией между ЭВМ распределенной системы менее интенсивен, чем между процессорами сосредоточенной системы; каждая ЭВМ распределенной системы имеет собственный внешний интерфейс (к периферийным устройствам, объекту управления, средствам управления более высокого ранга); различные ЭВМ распределенной системы не имеют общей памяти для ее коллективного использования; в распределенной системе допустимо большое пространственное разделение ЭВМ, которые приближены к своим объектам управления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
