Устройство ЭВМ. Устройство ЭВМ для управления электроприводами. Устройство эвм для управления электроприводами Функциональные схемы электроприводов с микропроцессорным управлением
 Скачать 0.78 Mb.
|
|
3.3. Системы числового программного управления 3.3.1. Понятие о программном управлении Под программным управлением (ПУ) понимается управление перемещением рабочих органов технологического комплекса (ТК) по заранее заданной программе. Оно широко используется во многих ТК различного назначения, но наибольшее распространение получило в металлорежущих станках, промышленных роботах и гибких производственных модулях и системах. Основ3.3. Системы числового программного управления ные виды и определения Г1У. Применительно к металлорежущим станкам принята следующая система обозначений (в дополнение к группе букв и цифр, характеризующих непосредственно станок): Ф1 — станки с цифровой индикацией и преднабором координат; Ф2 — с позиционными системами ЧПУ; ФЗ — с контурными системами ЧПУ; Ф4 — многооперационные станки с автоматической сменой инструмента. Например, в обозначении станка 6Р13ФЗ указано: станок фрезерный (6) с револьверной головкой (Р), вертикально-консольный (1), со столом третьего габарита (3), с контурной системой ЧПУ (ФЗ). В настоящее время программное управление распространилось на все виды металлорежущих станков, многие другие промышленные установки. Устройства ЧПУ для каждого из видов оборудования имеют свои особенности, определяемые конструкцией, видом технологического процесса и возможностью связи с системой верхнего уровня. Под системой ЧПУ понимается совокупность специализированных устройств, методов и средств, необходимых для осуществления управления оборудованием. Собственно устройство ЧПУ (которое называют также пультом, стойкой) составляет часть этой системы и конструктивно выполняется в виде отдельного шкафа. В последнее время в связи с совершенствованием микропроцессорной техники устройства ЧПУ на ее основе иногда встраиваются непосредственно в станок. На ранних этапах развития системы ЧПУ разрабатывались для каждого конкретного случая применения. Этот фактор и обилие фирм-изготовителей привели к тому, что на одном предприятии сосредоточивались разнообразные системы ЧПУ. При этом возникали естественные трудности их обслуживания и ремонта. Поэтому акцент был сделан на развитие унифицированных систем ЧПУ, пригодных для различных технологических объектов. Системы ЧПУ, обеспечивающие управление широким классом машин, называются многоцелевыми. Унификация многоцелевых систем ЧПУ основана на применении ЭВМ и систем класса СЫС. Системы СЫС имеют ряд разновидностей, различающихся способами хранения и обработки управляющей информации. Одно из преимуществ многоцелевых систем ЧПУ заключается в организации ввода управляющей информации. В обычных системах программа первоначально составляется в кодированном виде оператором (вручную или с помощью универсальной ЭВМ) и записывается на перфоленте. Затем с помощью интерполятора (специализированной ЭВМ) программа декодируется и записывается на магнитную ленту или используется для управления рабочими органами станка непосредственно. При такой организации требуется несколько стадий отладки программы: исправление ошибок, допущенных при написании; коррекция перфоленты. Кроме того, в самом процессе ввода перфоленты, если даже ошибки па ней отсутствуют, они неизбежно возникают. На этап работы с перфолентой приходится до 70% сбоев в системе ЧПУ. Применение ЭВМ позволяет исключить перфоленту и процесс фотоввода и объединить в обшей системе подготовку управляющих программ и обработку изделий. Многоцелевые системы ЧПУ снабжаются комплексом алгоритмов и программ, который составляет системное программное обеспечение (СПО). Многоцелевые СЫС-системы объединяются с ЭВМ верхнего уровня, образуя систему БЫС. В зависимости от способа задания перемещения РО оборудования СПУ подразделяются согласно классификации, представленной на рис. 3.26. Временные системы ПУ не получили развития из-за низкой точности. Большую группу составляют цикловые системы ПУ, которые разделяются на два класса: с постоянным циклом и с настраиваемым. Системы с постоянным циклом характерны для «жесткой* автоматизации, и их настройка на другой цикл работы невозможна. Системы ЧПУ подразделяются на позиционные (координат-ные) и контурные (непрерывные). Позиционные системы обеспечивают перемещение (позиционирование) РО в заданные координаты; при этом траектория движения не оговаривается. Типичным примером таких систем является система ЧПУ сверлильного станка, когда стол перемешается в точки с координатами Х\,У\, Хг,Уг и т.д., где и происходит сверление отверстий (рис. 3.27, а). Позиционные системы ЧПУ применяются также при прямоугольном формообразовании детали вдоль одной из осей координат (рис. 3.27, б). Контурные системы обеспечивают перемещение рабочих органов из одной точки в другую по заданной траектории (прямой, окружности, кривой более высокого порядка и т.д.). Как частный случай, контурная система обеспечивает обработку вдоль одной из осей координат (рис. 3.27, б). Виды контурной обработки при криволинейном формообразовании представлены на рис. 3.27, в, г. По структуре контурные системы ЧПУ сложнее координатных и могут работать в режиме последних. 3.3.2. Кодирование информации и цифровые коды Решение вопросов кодирования информации в СПУ является одним из наиболее важных этапов в процессе проектирования системы управления. Выбор кода для представления программы и организация кадра в значительной мере определяют структуру СПУ. Кодом называется система знаков, однозначно определяющая кодируемую информацию. В качестве кодовых знаков могут использоваться цифры выбранной системы счисления. Приведем основные способы кодирования информации. Ручное задание программы (ручное кодирование) с помощью различных переключателей применяется для цикловых СПУ, в некоторых случаях — для позиционных систем. Наибольшее распространение получили буквенно-цифровые коды (БЦК). В последнее время развивается кодирование с помощью различных мнемокодов. Общение системы ПУ с оператором в значительной мере упрощается при речевом способе кодирования информации, когда распоряжения системе подаются голосом с использованием определенного словарного запаса. Вся информация в СПУ представляется набором нулей и единиц независимо от того, как она интерпретируется. Системой счиыения называется совокупность наименований, правил и знаков для записи любого числа. Знаки системы счисления называются цифрами. Системы счисления бывают позиционными и непозиционными. В технике получили распространение позиционные системы счисления, в которых число цифр ограничено и значение числа, выражаемого каждой цифрой, по определенному закону зависит от места (позиции), которое эта цифра занимает в записи всего числа. Позиция, занимаемая цифрой в записи числа, называется разрядом. Нумерация разрядов производится с младшего разряда целой части числа, стоящего непосредственно перед запятой (или точкой, общепринятой вместо запятой в вычислительной технике и системах ЧПУ), номер которого принимается за нуль. Цифры могут быть значащими или нулем. Наибольшим по абсолютной величине номером разряда, содержащего значащую цифру, определяется порядок числа (дробной части). Порядок целой части числа считается положительным, а дробной — отрицательным. Число, выражаемое одной из цифр в позиционной системе счисления, определяется по формуле Ni = х, а' у (3.1) где i — номер разряда; х, — цифра, стоящая в J-м разряде; а — основание системы счисления. Полное число, для записи которого используется несколько цифр (3.1), расположенных в определенном порядке. В шестнадцатеричной системе счисления для обозначения цифр используются шестнадцать различных символов. Для обо-значения первых десяти применяют символы десятичной систе¬мы счисления, для обозначения остальных шести — заглавные буквы латинского алфавита А, В, С, D, Е, F (см. табл. 3.6). В дальнейшем для сокращения будем применять запись «а-рич- ное число», где а — основание системы счисления (например, шестнадцатеричное число, восьмеричное и т.д.). Запишем шеснадцатеричное число и его эквивалент в деся-тичной системе счисления:  Основными требованиями, которым должны удовлетворять системы счисления, являются экономичность, надежность и на-глядность. Поэтому на практике широкое распространение по-лучила система счисления с основанием а = 2. При переводе чисел из одной системы счисления в другую офаничимся рассмотрением правил перевода восьмеричных и ше¬стнадцатеричных чисел в двоичные, и наоборот. Для взаимного преобразования двоичной системы счисления, с одной стороны, и системы, где основанием является степень двойки, с другой, существуют простые методы. Заметим, что 8 = 2 и 16 = 24. Выражение содержит степени числа 8 и совпадает с изображением восьмеричного числа. Внутри скобок содержатся двоичные изображения десятичных цифр от 0 до 7. Перевод из двоичной системы в восьмеричную будет завершен, если выражение, заключенное в каждой скобке, записать в виде восьмеричной цифры, которая в названном диапазоне совпадает с эквивалентной десятичной цифрой. Таким образом, правило перевода двоичного числа в восьмеричную форму формулируется так: двоичные цифры объединяем в группы по 3 бита (разряда) — триады, направляя их влево и вправо от разделительной точки. Если количество цифр не кратно трем, добавляются нули. Затем каждая триада заменяется эквивалентной восьмеричной цифрой. Результат будет восьмеричным изображением двоичного числа. Например, возьмем двоичное число N(2) = 10101110.10001, биты которого группируются следующим образом: 010 101 ПО. 100 010. Замена каждой триады восьмеричной цифрой дает 8) = 256.42. Подобным же образом формулируется правого перевода двоичного числа в шестнадцатеричное; при этом исходное двоичное число группируется по 4 бита. Например, N( 2)= 1010111011011.10101 = = 0001 0101 1101 1011. 1010 1000; N(16) = L5DB.A8. Обратная процедура заключается в записи восьмеричной (или шестнадцатеричной) цифры двоичным изображением из трех и четырех разрядов соответственно. Таким образом, восьмеричное представление двоичного числа позволяет существенно сократить длину записи числа. Диапазон значений восьмиразрядных двоичных чисел, широко используемых в микропроцессорах и в системах ЧПУ на базе ЭВМ, находится в пределах 00000000(2)...l 1111111(2) или 000(8>...377<8). Дальнейшее сокращение формы записи можно получить, применив шестнадцатеричную систему. Следует отметить, что шестнадцатеричные и восьмеричные числа — это только способ представления двоичных чисел, которыми фактически оперируют микропроцессоры и ЭВМ. При шестнадцатеричная запись числа предпочтительнее восьмеричной, поскольку ЭВМ и микропроцессоры, применяемые в системах ЧПУ, оперируют словами длиной 4, 8, 16 или 32 бита, т.е. словами, длина которых кратна четырем. Для применения восьмеричной формы записи необходимо было бы добавлять незначащие нули. Например, восьмибитовос число можно пред¬ставить в виде двух четырехбитовых, каждое из которых записы¬вается одним шестнадцатеричным символом; шестнадцатибито¬вое число представляется четырьмя четырехбитовыми и т.д. На основе рассмотренных систем счисления строятся цифро-вые коды, нашедшие применение в системах ПУ. Единичный (унитарный) код заключается в том, что программируемое число записывается в виде серии единичных импульсов, количество которых равно количеству единиц в данном числе. Например, первые десять цифр будут выражаться следующим образом: 1) 1; 5)11111; 8)11111111; 2) 11; 6)111111; 9)111111111; 3) 111; 7) 1111111; 10) 1111111111. 4) 1111; Единичный код не может применяться для выражения дробных чисел. Поэтому выбор масштаба должен производиться с учетом требуемой точности отработки задания. Например, при точности перемещения 0,005 мм/имп. «цена* единичного импульса должна составлять не более 0,005 мм. Тогда при задании перемещения на 1 м требуемое количество импульсов будет 2105. Программа, составленная в унитарном коде, записывается на магнитную ленту. При принятой плотности записи 10 имп./мм для записи данной команды потребуется 20 м магнитной ленты. Таким образом, недостатком кода является громоздкость записи, а достоинство состоит в упрощении структуры системы ЧПУ, что особенно заметно при применении шаговых двигателей в качестве приводных устройств. Унитарный код использовался в выпускавшихся до недавнего времени системах ЧПУ типа «Контур 4МИ*. При единично-десятичном коде число разбивается на десятичные разряды, в каждом из которых десятичная цифра изображается в унитарном коде 3.3.3. Международный двоично-десятичный код ISO-7 bit Код ISO-7bitявляется адресным и предусматривает применение восьмидорожечной перфоленты. В коде применяется двоично-десятичная система счисления. Для обозначения адресов используются прописные буквы латинского алфавита. Для кодирования знаков и прописных букв латинского алфавита, а также для кодирования признаков всех составляющих частей кода применены семь двоичных разрядов (7 bit). Правильность информации, записанной на каждой строке перфоленты, контролируется по модулю 2, т.е. на четность числа пробивок. Для контроля четности применяется восьмая дорожка перфоленты. Аналогичная система кодирования применена в коде по ГОСТ 13052—74. Для того чтобы различать знаки, цифры и буквы (например, на первых четырех дорожках одинаково кодируются %, 5, Е, U), используются последующие три дорожки — пятая, шестая, седьмая (рис. 3.29, гдк с/д — синхродорожка). 3.3.4. Контроль информации в коде ISO-7 bit При кодировании, считывании и передаче информации возможны помехи, искажающие кодовую комбинацию. Коды, обеспечивающие помехоустойчивое кодирование, называют помехоустойчивыми. Для контроля передачи информации наибольшее распространение получили методы информационной избыточности, использующие коды с обнаружением и коррекцией ошибок. Двоичным кодом можно представить максимум 2я различных слов, где п — число разрядов. Если все разряды слова служат для представления информации, код называется простым {не избыточным). Коды, у которых для представления информации используются лишь части слов, называются избыточными. Например, при общей длине кодовой комбинации п для передачи сообщений используется лишь к разрядов, называемых информационными. Остальные п - к разрядов, называемых контрольными, служат для обнаружения или исправления ошибки. Принцип обнаружения ошибки заключается в проверке кодовой комбинации. Если при контроле обнаруживается запрещенная комбинация, это говорит о наличии ошибки. Для контроля применяются различные операции. В УЧПУ чаще всего осуществляют контроль по модулю 2 (контроль четности, нечетности). При таком контроле к л-разрядному коду двоичного слова {х1, х2,..., хn) добавляется один контрольный разряд xn+1. В нем размещается код, соответствующий четному или нечетному числу единиц, содержащихся в «-разрядном слове. Код разряда х„+1 выбирается так, чтобы сумма была четной (равной нулю) или нечетной (равной единице). При этом соблюдаются следующие эквивалентности: для кода четности Такой контроль позволяет обнаружить одиночную ошибку. Пусть правильная комбинация в коде ISO-7 bit имеет вид 0110101. Количество единиц четное, поэтому в восьмом разряде при контроле на четность единица не фиксируется. Кодовые комбинации с одиночной ошибкой 0110100, 0110001, 0010101, 1110101 будут обнаружены системой контроля, поскольку содержат нечетное число единиц. Ошибочные комбинации вида 0101101, 0110110 и подобные системой не устанавливаются, поскольку содержат разрешенное, т.е. четное, число единиц. Такие ошибки называются двойными. Практика показывает, что подавляющее число ошибок — одиночные, поэтому контроль по модулю 2 является достаточно надежным. Схемы, обеспечивающие получение кода хп+\, называются схемами сверток по модулю 2 или схемами контроля четности (нечетности). Наиболее просто такие схемы реализуются с помощью элемента «Исключающее ИЛИ» (неэквивалентность) (рис. 3.31). На рис. 3.32, «дана пирамид&чьная схема, обеспечивающая получение кода четности (нечетности). Элементы «Исключающее ИЛИ» выпускаются в составе серийных интегральных микросхем: в сериях К155 и КМ 155 — восьмиразрядная схема контроля четности и нечетности (К155ИП2 и КМ155ИП2) (рис. 3.32, б); в серии К500 — схема контроля четности на 12 входов (К500ИЕ160). На рис. 3.32, в показаны восемь информационных входов. 3.3.5. Ручная подготовка управляющих программ Исходная информация для подготовки управляющей программы содержится в чертеже летали, выполненном инженером-конструктором, Задачи перевода информации, заключенной в чертеже, на язык, воспринимаемый системой Ч11У, решаются технологом-программистом. Преобразованная таким образом информация и есть управляющая программа. Под упрамяющей программой (УП) будем понимать объем информации, которая зафиксирована на одном из видов программоносителей, достаточный для выполнения требуемой технологической операции по обработке изделия. УП представляется в виде буквенно-цифрового кода и может быть подготовлена ручным или автоматизированным (автоматическим) методом. При ручном программировании, применяемом в основном при малом количестве станков с ЧПУ, на основании чертежа детали составляют таблицу с программой, в которой зафиксированы все рабочие движения станка во временной последовательности. Расчеты выполняются вручную с использованием простейших вычислительных средств. Обработка информации чертежа производится в такой последовательности: 1) выбирается система координат (в соответствии с рекомендациями ISO), и ее начало совмещается с исходной точкой, в которую удобно «выставить» инструмент или деталь перед началом обработки; 2) проставляются размеры детали относительно координатных осей; выбираются опорные точки и назначается последовательность их обхода; на этой основе готовится рабочий чертеж; 3) аппроксимируются типовыми кривыми траектории движения между опорными точками с учетом возможностей системы ЧПУ (отрезками прямых, дугами окружностей, участками параболы и т.д.); аппроксимация криволинейных участков отрезками прямых требует назначения дополнительных опорных точек и расчета погрешности аппроксимации; 4) обрабатывается технологическая информация (назначаются режимы резания, инструменты и т.д.) и составляется технологическая карта; 5) определяются приращения координат опорных точек в единицах длины и переводятся в число дискрет в соответствии с разрешающей способностью системы ЧПУ; приращения координат сопровождаются знаками «+» и «-*; для дуг окружностей дополнительно указывается направление обхода; 6) производится запись программы в текстовой форме; полученная управляющая программа наносится на перфоленту. При интерполяции воспроизводится движение рабочего органа по заданной траектории. Участок интерполяции может быть записан в одном или более кадрах программы. Характер интерполируемой линии (прямая или окружность) задается 6-функ-цией. Начальная точка каждого участка интерполяции совпадает с конечной точкой предыдущего участка. Геометрическая информация о величине и направлении перемещения задастся в приращениях или в абсолютной системе отсчета. При линейной интерполяции кадр профаммы включает: подготовительную функцию G01, если она не была указана в предыдущем кадре; параметры перемещения по координатам х, у, Z- Рассмотрим программирование участка линейной |