Расширение функциональных возможностей специализированных систем чпу посредством организации многоцелевого канала взаимодействия их основных компонентов
 Скачать 3.1 Mb.
|
|
РАСШИРЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ ЧПУ ПОСРЕДСТВОМ ОРГАНИЗАЦИИ МНОГОЦЕЛЕВОГО КАНАЛА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ИХ ОСНОВНЫХ КОМПОНЕНТОВ 1 Цель работы: Расширение функциональных возможностей систем ЧПУ и интеграция в них новых технологий путем создания универсального механизма взаимодействия терминальной части с ядром системы управления на базе многоцелевого канала передачи пакетов с неспецифицированным форматом данных. Задачи исследования: 1. Проанализировать существующие решения по расширению функциональных возможностей систем ЧПУ. 2. Построить функциональную модель взаимодействия терминальной части с ядром системы ЧПУ на основе многоцелевого канала передачи пакетов с неспецифицированным форматом данных (XData), и провести расчет его пропускной способности. 3. Разработать архитектуру и осуществить программную реализацию механизма взаимодействия компонентов системы управления посредством многоцелевого канала XData. 4. Разработать механизм интеграции в систему ЧПУ сторонних и новых собственных прикладных решений на базе многоцелевого канала передачи пакетов с неспецифицированным форматом данных. 5. Реализовать прикладные решения, использующие ключевые схемы интеграции в систему ЧПУ на основе разработанного многоцелевого канала XData, и провести стендовые испытания. 1. Установлены взаимосвязи между конфигурацией системы ЧПУ и пропускной способностью каналов взаимодействия ее основных компонентов, позволяющие определить объем данных, которые могут передаваться интегрируемыми сторонними решениями. 2. На основе установленных взаимосвязей построена функциональная модель взаимодействия основных компонентов системы ЧПУ, отличающаяся предложенным механизмом взаимодействия терминальной части с ядром системы управления, построенным на базе многоцелевого канала передачи пакетов с неспецифицированным форматом данных. 3. Разработаны алгоритмы расчетов пропускной способности многоцелевого канала взаимодействия, учитывающие конфигурацию системы ЧПУ и загруженность основных каналов передачи данных. 4. Предложен способ интеграции сторонних и новых собственных решений в систему ЧПУ, реализуемый на базе многоцелевого канала взаимодействия и не требующий изменения программных кодов основных компонентов системы. 5. Разработана программная архитектура, специфицированы интерфейсы интеграции модулей в систему ЧПУ, определена структура пакетов с неспецифицированным форматом данных и осуществлена программная реализация многоцелевого канала взаимодействия. Научная новизна: Аспирант: Никишечкин П.А., научный руководитель: д.т.н., проф. Мартинов Г.М. 2 Характеристики Системы ЧПУ Крупные производители Средние производители Небольшие производители Sinumerik 840D sl (Siemens) iTNC 530 (HEIDENHAIN) IndraMotion MTX Advanced (Bosch Rexroth) TX 1270 (Beckhoff) CNC8070 (Fagor) NCT 201 (NCT Kft) АксиОМА Контрол («Станкин-ТПО») Особенности архитектурного построения системы Класс системы PCNC-2 PCNC-2 PCNC-2 PCNC-4 PCNC-4 PCNC-4 PCNC-2 / PCNC-4 ОС терминала Linux MS Windows 7 MS Windows MS Windows NT MS Windows XP Embedded MS Windows CE MS Windows ОС ядра Solaris HEROS UNIX TwinCAT Linux / RTX Технические характеристики Каналы управления 10 1 12 8 4 8 8 Управляемые оси 96 16 64 64 28 32 32 Интерполируемые оси 20 16 8 8 8 16 16 Полевые шины PROFINET RS-232-C/ V.24, RS-422/ V.11, LSV2 SERCOS III, Profibus DP, PROFINET EtherCAT SERCOS II, CanOPEN EtherCAT, CANBus CANbus, Memobus, EtherCAT, SERCOS II, SERCOS III Решения для открытости архитектуры системы Средства расширения терминала WinCC flexible RemoTools SDK WinStudio ADS шина (Automation Device Specification) FGUIM – визуальная конфигурация − Открытые интерфейсы интеграции программных компонентов, и средство для их настройки Средства расширения ядра системы Compile Cycles Нет данных Open Core Engineering; через ПЛК программы Нет данных Нет данных Способы передачи данных между компонентами Системные переменные Нет данных NCS функции Нет данных Нет данных Многоцелевой канал XData Расширения функциональности системы Лицензия ≈ 2000 € Лицензия Лицензия Нет данных Лицензия Бесплатно Анализ архитектурных решений систем ЧПУ на рынке Разработка функциональной модели взаимодействия терминальной части с ядром системы ЧПУ 3 Расчет пропускной способности многоцелевого канала взаимодействия асинхронным методом 𝑃 А_𝑋𝐷𝑎𝑡𝑎 − пропускная способность асинхронного канала 𝑋𝐷𝑎𝑡𝑎 [Б/𝑐], 𝑃 А − общая пропускная способность асинхронного канала обмена [Б/𝑐], 𝑆 А − объем передаваемых данных за один цикл передачи асинхронным методом, Б , 𝑇 АЦ − время одного цикла передачи данных асинхронным методом [𝑐], 𝑆 ППД − объем полезных передаваемых данных в одном пакете [Б], 𝑆 𝐾 − объем данных при передачи информации о работе одного канала системы ЧПУ, за один такт передачи [Б], 𝑛 𝐾 − количество каналов работы системы ЧПУ, 𝑆 О − объем данных для передачи информации о работе одной координатной оси, за один такт передачи [Б], 𝑛 О − количество координатных осей системы ЧПУ, 𝑇 − частота передачи данных 𝑐 , 𝐾 − коэффициент коррекции объема передаваемых данных ≈ 1.2 . 4 𝑃 𝐴 = 𝑆 ППД 𝑇 ≈ 1428/0.25 = 5712 [Б/𝑐] 𝑃 А_𝑋𝐷𝑎𝑡𝑎 = 𝑃 𝐴 − 𝑆 А 𝑇 АЦ = 𝑆 ППД 𝑇 АЦ − 𝑆 𝐾 𝑛 𝐾 + 𝑆 𝑂 𝑛 𝑂 × 𝐾 𝑇 АЦ , где Конфигурация Объем передаваемых данных Пропускная способность многоцелевого канала, [Б/с] Область применения Каналы управления Оси за такт, [Б] [Б/c] 1 1 119 476 5330 Системы контроля движения 1 3 283 1132 4644 Простые станки (токарная, фрезерная, сверлильная группы) 1 5 447 1788 3988 Станки пятикоординатной обработки 2 8 730 2920 2856 Многозадачные станки 3 9 849 3396 2380 Сложные станки, имеющие в составе робота- манипулятора 3 15 1341 5364 412 Перспективные специализированные решения – нужна более мощная вычислительная платформа 8 16 1608 6432 0 8 32 2920 11680 0 Расчет пропускной способности многоцелевого канала взаимодействия синхронным методом 𝑃 С_𝑋𝐷𝑎𝑡𝑎 пропускная способность синхронного канала взаимодействия XData [запрос/с], 𝑃 С общая пропускная способность синхронного канала обмена [запрос/с], 𝑇 СЦ время одного цикла передачи данных синхронным методом [c], 𝑛 Клиент количество активных терминальных клиентов системы управления. 5 𝑃 С_𝑋𝐷𝑎𝑡𝑎 = 𝑃 С = 1 𝑇 СЦ × 𝑛 Клиент Количество терминальных клиентов Максимальное количество запросов от одного клиента в секунду Максимальный объем передаваемой информации [Б/с] 1 97 141291 2 48 70645 3 32 47097 5 19 28258 10 9 14129 t1 – время формирования запроса, t2 – время передачи запроса, t3 – время запуска потока обработки запроса, t4 – время обработки запроса, t5 – время передачи ответа, t6 – время обработки ответного пакета. 𝑇 СЦ = 𝑡 1 + 𝑡 2 + 𝑡 3 + 𝑡 4 + 𝑡 5 + 𝑡 6 Систематизация основных схем интеграции решений в систему ЧПУ с использованием многоцелевого канала XData 6 Способ интеграции сторонних и новых собственных решений в систему ЧПУ на базе многоцелевого канала взаимодействия 7 8 Диаграммы последовательностей процесса передачи данных c использованием многоцелевого канала XData Фрагменты диаграммы основных классов, реализующих работу многоцелевого канала XData (в нотации UML) 9 Интеграция подсистемы визуализации процессов формообразования в систему ЧПУ по схеме интеграции A-A’ 10 Интеграция подсистемы диагностики режущего инструмента в систему ЧПУ по схеме интеграции A-B’ 11 Интеграция в систему ЧПУ инструментария для создания и отладки программ ПЛК для управления электроавтоматикой станка (схема B-A’) 12 Основные выводы и результаты 1. Выполнена научно-квалификационная работа, в которой содержится решение задачи расширения функциональных возможностей систем ЧПУ и интеграции в них новых технологий путем создания универсального механизма взаимодействия терминальной части с ядром системы управления на базе многоцелевого канала передачи пакетов с неспецифицированным форматом данных, имеющей существенное значение для автоматизированного машиностроения. 2. Установлены взаимосвязи между конфигурацией системы ЧПУ и пропускной способностью каналов взаимодействия ее основных компонентов, позволяющие определить объем данных, которые могут передаваться интегрируемыми сторонними решениями. 3. На основе установленных взаимосвязей построена функциональная модель взаимодействия основных компонентов системы ЧПУ, отличающаяся предложенным механизмом взаимодействия терминальной части с ядром системы управления, построенным на базе многоцелевого канала передачи пакетов с неспецифицированным форматом данных. 4. Разработан алгоритм расчетов пропускной способности многоцелевого канала взаимодействия, учитывающий конфигурацию системы ЧПУ и загруженность основных каналов передачи данных, произведен практический расчет пропускной способности многоцелевого канала. 5. Предложен способ интеграции сторонних и новых собственных решений в систему ЧПУ, реализуемый на базе многоцелевого канала взаимодействия и не требующий изменения программных кодов основных компонентов системы. 6. Разработанные механизмы нашли практическое применение при создании и интеграции в систему ЧПУ АксиОМА Контрол подсистемы визуализации процессов формообразования, подсистемы диагностики режущего инструмента и инструментария для создания и отладки управляющих программ для программно-реализованного контроллера, что подтверждает универсальность разработанных механизмов. 7. Полученные результаты рекомендованы к применению на предприятиях машиностроительного профиля, использующих станочное оборудование с ЧПУ, а также в учебном процессе по направлению «Автоматизация технологических процессов и производств». 13 |