Основным недостатком проводных линий связи является их низкая помехоустойчивость, поскольку проводники в линии, обладая определенной емкостью и индуктивностью, проявляют себя как некоторый колебательный контур в цепи передачи сигнала. Этот контур, естественно в сильной степени подвержен влиянию внешних индустриальных помех, что в свою очередь увеличивает потери в линиях связи, и уменьшают ширину полосы пропуская сигнала.
Оптоволоконные линии в своей работе используют принцип полного отражения модулированного светового потока от стенок световода, который выполняет роль линии связи. На рис. 1.22. показан принцип работы световода в качестве линии связи.
1 f f 2
 |
5
4 3
 |
Рис.1.22. Схема распространения лучей в световоде:
1 - отраженный луч, 2 - выходящий луч, 3 - светопроводящая сердцевина,
4 - оболочка, 5 - падающий луч света.
Световой поток 3, войдя в световод 1, распространяется вдоль световода до выхода из него 4. При прохождении по световоду часть энергии потока теряется за счет поглощения ее материалом световода и рассеивания потока через стенки, однако эти потери невелики и составляют порядка 1дБ /км Поэтому в системах управления ГПС, где длины линий связи не велики оптоволоконные линии практически работают без потерь. Однако потери энергии при передаче существуют и зависят они главным образом от качества элементов ввода светового потока в световод и вывода из него, включая и элементы соединения отдельный отрезков световодов. На рис.1 23. показана схема работы оптоволоконной линии связи. Входной сигнал от абонента ТТЛ -уровня с помощью излучателя 2 превращается в модулированный световой поток, который вводится в световод 4.На выходе световода с помощью фотодиода 5 и усилителя 6 световой поток вновь превращается в электрический сигнал ТТЛ или иного уровня.
3 5
 | |||||
 |  | ||||
4 6
2
ТТЛ -вход ТТЛ -выход
 |  |
1 7
| |
Рис.1.23. Схема оптоволоконной линии связи:
1 - возбудитель светового потока, 2 - светодиод, 3 - передатчик,
4 - оптический кабель, 5- приемник, фотодиод, 7- усилитель.
В качестве излучателей применяются либо обычные, либо лазерные светодиоды. Обычные светодиоды имеют линейную зависимость мощности светового потока от тока подкачки, т.е. тока через светодиод, в то время как лазерные светодиоды имеют явно выраженную пороговую зависимость светового потока от тока подкачки. Эти факторы приводят к тому, что у обычных светодиодов весьма значительны потери энергии при вводе в световод и составляют 14...18 дБ, в то время как у лазерных потери составляют 3...8 дБ.
Фотоприемники светового потока бывают двух типов: с внутренним лавинным усилителем (ЛФД) и без него. Первые обладают более высокой чувствительностью, но имеют более продолжительный задний фронт, что при высоких скоростях передачи информации может привести к межсимвольным искажениям.
Оптоволоконные линии, по сравнению с проводными, обладают одним весьма важным преимуществом - широкой полосой пропускания, что объясняется невосприимчивостью светового потока к действию внешних индустриальных помех. Полоса пропускания оптоволоконной линии может достигать значения 1013 гц, в то время как у проводных линий полоса пропускания не превышает нескольких Мгц. Данное обстоятельство позволяет организовать на одной оптоволоконной линии большое число отдельных сигнальных линий путем их частотного разделения. Недостатком оптоволоконных линий являются более высокие, по сравнению с проводными, требования к конструктивному исполнению устройств ввода и вывода светового потока, а также элементов стыковки отдельных световодов между собой. Непараллельность плоскостей стыков и их относительное смещение приводит в большим потерям световой энергии.
Несмотря на указанные недостатки, оптоволоконные линии находят все большее применение, особенно при передаче информации на большие расстояния. Немаловажным аргументом в пользу оптоволоконных линий является их низкая, по сравнению с проводными, стоимость материала линии.
Структурная схема УЧПУ.
Все современные системы управления строятся на основе элементов вычислительной техники. Тип, состав, количество и взаимосвязь таких элементов зависят от назначения, функциональных характеристик системы, требований по качеству и надежности управления.
Рассмотрим эту проблему на примере устройств числового программного управления (УЧПУ). Одним из последних разработанных и выпускаемых отечественной промышленностью устройств является УЧПУ типа МС2101. Данное устройство ЧПУ построено по блочно-модульному принципу на базе микросхем с большой степенью интеграции (БИС). На рис.2.1. показаны два типа структурных схем УЧПУ: двух- или трехмодульные системы, связанные между собой телеграфными каналами связи типа “токовая петля”.
ВщМ ВщМ
 | |||
 | |||
ВдМ ВдМ 1 ВдМ 2
Рис.2.1. Структуры УЧПУ МС2101.
Конструктивно все модули одинаковы, а различие заключается в составе и функциональном назначении программно-математического обеспечения микроЭВМ соответствующего модуля. В обоих вариантах один из модулей (ВщМ) является ведущим, а другой (другие) - ведомыми (ВдМ), иногда ведущий модуль называют дисплейным (в нем размещается дисплей), а ведомый - исполнительным.
Ведущий модуль выполняет следующие функции:
- связь с оператором,
- связь с вышестоящими иерархическими уровнями СУ ГПС,
- связь с ведомыми модулями, диагностика устройств ввода и хранения управляющих программ, устройств обмена с выше перечисленными объектами.
Ведомый модуль выполняет следующие функции
- управление исполнительными органами оборудования (приводами),
- управление элементами электроавтоматики оборудования,
- сбор и обработка информации от измерительных систем станка,
- сбор и обработка информации от датчиков технологических параметров (датчиков адаптивного управления),
- связь с ведущим модулем,
- диагностика узлов станка и самого модуля.
 |
. ВЧС
 |
МАГИСТРАЛЬ
 |
ИРПМ УОИ 3100
Блок
пит.
СПО Увв. Увыв.
 |
.б. В Ч С
 | |||||
 |  | ||||
МАГИСТРАЛЬ
 |
9212 9213 9220 Блок
пит.
Рис.2.2. Структурные схемы ведущего (а) и
ведомого (б) модулей УЧПУ МС2101.
На рис. 2.2. приведены структурные схемы ведущего и ведомого модуля. Модули состоят из вычислительного блока ВЧС и набора основных функциональных и периферийных устройств. Вычислитель в обоих случаях связан с периферийными устройствами посредством многоадресного параллельного канала связи (магистрали). Набор периферийных устройств у каждого модуля, естественно, свой.
Ведущий модуль кроме вычислителя имеет в своем составе два блока: многоканальный параллельный интерфейс ИРМП и блок управления накопителем на ЦМД - кристалле (3100). К ИРПМ могут подключаться такие внешние устройства, как:
· СПО - станочный пульт оператора (упрощенная клавиатура),
· УВВ - устройства ввода или вывода управляющих программ,
· УОИ - устройство отображения информации (дисплей).
Накопитель на ЦМД - кристалле предназначен для хранения управляющих программ, а также переменной части программного обеспечения УЧПУ (обычно той части, которая управляет электроавтоматикой конкретного станка).
К блоку управления 3100 параллельно основному накопителю подключается и портативный накопитель на ЦМД - кристалле именуемый кассетой внешней памяти. Кассета предназначена для транспортировки управляющих программ в электронном виде.
Ведомый модуль в своем составе кроме вычислителя содержит один или два блока ввод / вывода дискретных сигналов электроавтоматики станка (9212) и один блок управления приводами и унитарными датчиками обратной связи (9213). В случае применения на станке аналоговых датчиков обратной связи вместо блока 9213 устанавливается блок 9220.
Количество ведомых модулей определяется в основном числом управляемых координат оборудования. Обычно одного модуля достаточно для управления станком с числом координат не более четырех, в противном случае необходима установка дополнительных ведомых модулей.
Основными функциональными блоками УЧПУ являются:
· Вычислитель,
· контроллер электроавтоматики станка,
· контроллер измерительной системы,
· контроллер управления приводом.