ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И КЛАССИФИКАЦИЯ МИКРОПРОЦЕССОРНЫХ УСТРОЙСТВ ЧИСЛОВОГО ПРОГРАММНОГО УПРАВЛЕНИЯ
Основной тенденцией современного производства является интеграция станочного оборудования с микропроцессорной техникой и использование ее возможностей для управления процессом обработки, хранения, переработки и выдачи информации.
Устройства ЧПУ классов HCN и SCN (аппаратные) имели жесткую структуру построения, при которой алгоритмы управления реализовывались схемным путем (табл. 7.1). Они были построены по принципу цифровой модели, где все операции, составляющие алгоритм работы, выполнялись параллельно с помощью отдельных блоков, реализующих ту или иную информацию управления(агрегатно-блочного построения).
Агрегатно-блочное построение позволяло модернизировать устройство ЧПУ путем замены отдельных блоков, но структура ЧПУ определялась постоянными схемами отдельных электронных панелей и межузловых соединений и не могла быть изменена после изготовления устройства.
Встраивание микропроцессоров обеспечивает замену электронных и электромеханических управляющих блоков универсальным программируемым вычислительным устройством и приводит к введению вычислительного процесса по обработки информации непосредственно в оборудовании. Следовательно. возрастает объём памяти и быстродействующее устройство ЧПУ, что позволяет:
- увеличить число управляющих координат станка;
- реализовать функции адаптивного управления;
- ввести автоматические изменения в станке;
- реализовать графическое отображение информации на дисплее устройства;
- реализовать диалоговое задание УП.
Микропроцессорным (программируемым), называется устройство ЧПУ, алгоритмы работы которого реализуются с помощью программ, вводимых в ее память, и могут быть изменены после изготовления этого устройства.
Микропроцессорные устройства ЧПУ классов CNC и DNC (см.табл. 7.1) имеют гибкую структуру построения. Принципиальным отличием этих устройств от аппаратных является их структура, соответствующая структуре управления ЭВМ и включающая вычислительные устройства, блоки памяти и блоки ввода-вывода информации. Объем функций, характер и последовательность приводимых операций, переработка УП определяются не специальными схемами, как а аппаратных устройствах, а специальными программами функционирования, которые вводятся в блок памяти и там хранятся. По этим программам формируются команды на приводы подач станка и его электроавтоматические устройства. Как правило, микропроцессорное устройство имеет интерфейс, позволяющий подсоединить устройство к локальной вычислительной сети всей гибкой производственной системы (ГПС).
Таблица 7.1
Модели устройств ЧПУ различных поколений, их элементная база и модели управляемых ими приводов подач станков
| Класс | Элементная база | Модель | Привод подач |
| HNC SNC CNC DNC | Дискретные полупроводниковые элементы Элементы малой (155 серии) и средней (176 серии) степени интеграции Элементы высокой степени интеграции (микроЭВМ, БИС серии 589 и др.) То же (полузаказные БИС) | К2П, К3П, КПТ, и др. Н22, Н33, Н55 и др.;»Размер 2М» и др. 2С42, 2С85, 2Р32 и др.;»Электроника НЦ-31» «Электроника МС2101»; 3С140, 3С170, 3С150 и др. | Электрогидравлический шаговый до 1 кГц (ШД4М и др.) Электрогидравлический шаговый до 16 кГц (ШД5Д1 и др.); следящий тиристорный постоянного тока с резольвером или индуктосином (ЭТ3 и др.) Следящие тиристорный и транзисторный постоянного тока с резольвером, индуктосином или оптическим импульсным датчиком (ЭТ6, ЭШИР, ЭШИМ и др.) Цифровой следящий постоянного или переменного тока с оптическим импульсным датчиком (3С150 и др.) |
Основное достоинство микропроцессорной техники, которые обусловливают возрастающую степень ее применения для управления станками, следующие:
а) низкая стоимость;
б) гибкость, т.е. возможность модернизации или изменения назначения микропроцессора путем изменения программы в его запоминающей устройстве;
в) надежность (время наработки на отказ приблизительно 10 тыс.ч);
г) малые размеры и масса;
д) быстро возрастающие вычислительные возможности (объем памяти, скорость вычислений);
е) малое время разработки устройств, построенных на основе микроЭВМ.
Микропроцессор – функционально законченное электронное цифровое устройство, выполненное на одной или нескольких больших интегральных схемах (БИС) и предназначенное для работы в составе вычислителя путем исполнения определенного набора команд, хранимых в отдельной памяти.
Микропроцессорные БИС представляют тот класс интегральных схем, который сочетает в себе высокую степень интеграции и универсальность, обеспечивающие огромные функциональные возможности.
Рис. 7.1 Основные компоненты микропроцессорной большой интегральной системы (БИС)
АЛБ – арифметико-логический блок
МПП – микропрограммная память
ВМ – внутренняя магистраль (для передачи микрокоманд, адресов и управляющих сигналов)
ППК – приемопередатчики общего канала
Г – генератор тактовых сигналов
СУПК – схемы управления каналами и прерывателем
СМ – системная магистраль (для передачи адресов и данных между подключенными к БИС устройствами)
Рис.7.2. Основные компоненты микропроцессорной БИС (а) и микропроцессорной системы
МП – микропроцессор
ЗУ – запоминающее устройство
РА – расширитель арифметических функций
МА – магистраль для передачи адресов
МД - магистраль для передачи данных
МУ - магистраль для передачи управляющей информации
КВУ – контроллеры внешнего устройства
ВУ – внешние устройства
Компоновка:
МП, ЗУ, РА объединенные СМ – составляют вычислитель микропроцессорной системы, с которым через КВУ сопрягаются ВУ, необходимые для управления станком и связи с оператором
Микропроцессор в микропроцессорной системе выполняет следующие функции:
- формирование синхронизирующих и управляющих сигналов для всех компонентов системы;
- выборку данных из памяти системы;
- декодирование команд; арифметические, логические и другие операции, закодированные в команды;
- управление передачей данных между регистрами микропроцессора, а также запоминающего и внешних устройств;
- обработку сигналов от внешних устройств.
Расширитель арифметических функций необходим для повышения производительности микропроцессорной системы при выполнении операций, входящих в базовый набор арифметических функций. Наиболее часто выполняемая арифметическая функция — умножение слов длиной в 16 и 32 разряда.
Таблица 7.2. Классификация микропроцессорных устройств ЧПУ по совокупности признаков
| Признак | Класс устройства | |||
| Вид управляемого оборудования Число управляемых координатных перемещений(одновременного управляемых) Основной способ подготовки УП Языки: пользователя Специальных программ и циклов Форма ввода и редактирования УП Встроенные средства сервиса Внешний программоноситель | Автоматизированные станки 1-3 (до 3) На пульте оператора станка ISO-7 бит, типовые макрокоманды, параметрическое программирование - Диалоговая местная Цифровые линейки или магнитный алфавитно-цифровой дисплей Перфолента или кассета | Станки-полуавтоматы в условиях серийного производства 2-3 (2-3) На специальных средствах вне станка ISO-7 бит, типовые макрокоманды, параметрическое программирование Имеется Покадровая с элементами диалога Алфавитно-цифровой дисплей Перфолента или статическая память | Станки-полуавтоматы в условиях мелкосерийного производства и единичного производства 2-5 (2-4) С помощью встроенных в станок средств программирования ISO-7 бит и макрокоманды на уровне данных чертежа детали Имеется Диалоговая гибкая Графический дисплей Перфолента или статическая память | Сложные уникальн-ые станки и станочные модели 5-12 (до 12) Различный Различный Имеется Диалоговая гибкая Графический дисплей Перфолента или статическая память |
Контроллер внешнего устройства включает в себя схемы сопряжения внешнего устройства с системной магистралью (интерфейс) и схемы преобразования входных и выходных данных внешнего устройства.
Согласно ГОСТ 21021-85, характеристика микропроцессорных устройств ЧПУ, предназначенных для управления металлообрабатывающими станками, представлена в табл. 7.2.
В зависимости от функционального назначения различают устройства ЧПУ со стандартными фиксированными функциями и с гибкими возможностями. Устройства со стандартными фиксированными функциями выпускают большими сериями и предназначены для управления станками со стандартными технологическими процессами (фрезерными, токарными и др.), а также универсальными промышленными роботами. Функциональные возможности данных микропроцессорных устройств ЧПУ определены системным программным обеспечением (СПО), алгоритмы которого задает пользователь или разработчик. В качестве запоминающего устройства в них используют память типа репрограммируемого постоянного запоминающего
устройства. Устройства с гибкими возможностями предназначены для управления станками повышенной точности и сложности с большим числом управляемых координат. Как правило, они имеют мультипроцессорную структуру построения, большую оперативную и внешнюю память, развитую
систему интерфейсов и возможность генерации СПО в соответствии с нуждами потребителя. В качестве запоминающего устройства используют память типа оперативного запоминающего устройства (ОЗУ).