УЧПУ

В процессе эксплуатации работает в режимах, предусмотренных на стадии его проектирования совокупностью программных и аппаратных средств. Эти режимы разнообразны и зависят от конкретного объекта управления. Однако для большинства объектов управления и УЧПУ можно выделить несколько типовых режимов (заданий) (в эксплуатационной документации УЧПУ под заданием, как правило, понимается режим работы УЧПУ), предусматривающих стадии подготовки к выполнению и выполнению работ.

Одно из первых заданий, которое необходимо выполнить УЧПУ,- провести анализ своей исправности и готовности к выполнению последующих заданий оператора или системы верхнего уровня иерархии, т.е. выполнить работу по диагностике УЧПУ со 100%-ным обнаружением и с определением не менее 80% причин отказа. Часто объем работ по диагностике распространяется не только на УЧПУ, но и объект управления.

Диагностические средства УЧПУ преследуют три главные функции: контроль исправности аппаратных средств, сохранности системного ПО (в конечном счете, сводящегося к проверке памяти как аппарата) и контроль за правильным протеканием процесса управления с целью предотвращения аварий в системе и брака системы. При этом выясняется состояние аппаратных средств всей системы с различной степенью детализации, т.е. оценивается состояние функционального модуля, узла в модуле или элемента в узле. Время восстановления работоспособности системы при отказе во много зависит от степени детализации указания места неисправности. Для выполнения задания и диагностики УЧПУ проектанты УЧПУ предусматривают встроенные и (или) выносные программно-аппаратные средства контроля и диагностики. При этом встроенные средства диагностики ориентированы в основном на диагностику оборудования до момента выполнения производственного задания, а контроля - на процесс выполнения производственного задания. Как правило, диагностика проводится автоматически при включении системы, и в случае обнаружения неисправностей выдаются диагностические сообщения. В ходе контроля за процессом управления наблюдаются отклонения от нормального хода процесса, и при наличии отклонения останавливается процесс в выдачей диагностических сообщений. Специальные диагностические тесты модулей УЧПУ и выносные программно-аппаратные средства обычно применяются при отыскании и устранении неисправностей, когда УЧПУ не выполняет производственных и подготовительных заданий.

Анализ диагностических возможностей, некоторых отечественных и зарубежных УЧПУ позволил классифицировать по группам ошибки, выдаваемые системами диагностики.

Первая группа - синтаксические ошибки анализа текста управляющей программы, связанные с неправильным ее вводом по форме.

Вторая группа - семантические ошибки управляющей программы, связанные с неправильным ее вводом по содержанию.

Третья группа - ошибки, связанные с неправильными действиями оператора при выдаче УЧПУ задания с помощью клавишных средств панели (пульта) оператора.

Четвертая группа - ошибки, связанные с невозможностью выполнения задания в связи с ограничениями исполнительной системы или УЧПУ или вследствие непредусмотренных действий оператора.

Пятая группа - ошибки, относящиеся к использованию макроопределений.

Шестая группа - ошибки обращения к каналу связи по программным и аппаратным причинам.

Седьмая группа - ошибки, связанные с невыполнением диагностических проверок или с нарушением нормального хода процессов.

Восьмая группа - ошибки, носящие характер сбоев.

Девятая группа - ошибки, связанные с невозможностью идентификации (понимания) информации.

Следует заметить, что характер ошибок, выдаваемый диагностической системой УЧПУ, во многом схож с характером ошибок, выдаваемых операционными или вычислительными системами вычислительных машин.

Диагностические сообщения во много облегчают понимание процессов, происходящих в ПС, и способствуют уменьшению времени восстановления ее работоспособности про отказах.

Существует также режим работы УЧПУ, при котором выполняется ввод -вывод информации по каналам связи с внешними устройствами и модулями УЧПУ, прежде всего - ввод системного ПО, ввод УП или обучение УЧПУ, а также - подготовка УП в режиме “меню”. Системное ПО вводится проектировщиком УЧПУ в память типов РПЗУ или РПЗУ УФ. В этом случае от потребителя не требуется каких-либо усилий по разработке и вводу системного ПО. Это происходит при поставках УЧПУ разработчиком по специальному заказу, когда ПО УЧПУ разрабатывается проектировщиком УЧПУ или другой организацией по заказу потребителя с учетом особенностей объекта управления. В противном случае потребителю приходится или разрабатывать свое системное ПО УЧПУ (худший случай), или дорабатывать штатное (базовое) системное ПО УЧПУ с учетом особенностей объекта управления и нужд пользователя, если разработчиком системного ПО предусмотрена его адаптация (лучший случай). При этом потребителю так или иначе приходится работать или непосредственно с вычислительной системой УЧПУ, и инструментальными программами для разработки, доработки и отладки системного ПО, или с операционной системой УЧПУ, предусматривающей генерацию необходимой версии системного ПО, а также выполнить работы по изготовлению ПЗУ с подготовленным ПО. Подготовленное системное ПО можно хранить на внешнем носителе, например перфоленте, и вводить его в память типа ОЗУ всякий раз в начале работы с УЧПУ. Это менее удобно по сравнению с хранением системного ПО в ПЗУ, так как неавтоматизированный ввод требует некоторого времени, а также может быть подвержен ошибкам и сбоям, которые нужно выявлять с помощью вычислительной системы, не имея в памяти УЧПУ разработанных специальных средств диагностики.

Управляющая технологическая программа, которая собственно и определяет задачи для системы ЧПУ на стадии исполнения и выполняется во взаимодействии с системными ПО УЧПУ, может быть либо разработана заранее с помощью специальных систем подготовки УП и храниться на программоносителе или во внешней памяти, либо разрабатываться оператором непосредственно на рабочем месте у оборудования в виде текста и заносится в память УП с пульта оператора, либо разрабатывается автоматически в режиме обучения или диалоговом режиме. Очевидно, объем вводимой информации и трудоемкость ввода зависит от принятого в УЧПУ способа программирования. Почти во всех микропроцессорных УЧПУ возможен ручной ввод текстовой части УП, однако применять этот способ для целой УП целесообразно только при небольшом ее объеме. Станочные УП большого объема разрабатываются с помощью АСТПП и вводятся по каналу сопряжения или с перфоленты. В УЧПУ роботов трудоемкость ввода УП снижается в результате автоматизации ввода величин перемещений в режиме непосредственного обучения и последующего уплотнения информации при исключении промежуточных точек.

В начале 80-х годов появились микропроцессорные УЧПУ, обеспечивающие ввод УП в режиме диалога с оператором. Это наиболее высокий уровень подготовки УП. Характерными чертами диалогового ввода УП являются использование режима “Меню”, когда оператору предлагается на выбор несколько альтернативных решений, и использование графического дисплея, на котором индицируется выбранный контур, после чего возобновляется диалог, в ходе которого оператор отвечает на вопросы, относящиеся к величине перемещения или последовательности действий при воспроизведении УП станков и роботов используется сочетание языковых средств и средств машинной графики. При этом широко используется дисплей УЧПУ как инструмент, предлагающий графико-текстовое “Меню” на этапе компоновки содержательной части, и как инструмент для графического представления действия системы УЧПУ на стадии воспроизведения УП. Для реализации машинной графики широко применяются графические черно-белые и цветные дисплеи с соответствующим прикладным ПО, что позволяет наглядно представить разработчику УП действия системы, оперативно исключить ошибки или уменьшить их число в разрабатываемой УП и сократить цикл подготовки производства. Следует отметить, что УЧПУ, имеющие широкие возможности по разработке УП могут использоваться как инструментальные системы подготовки УП для систем, не имеющих этих возможностей.

При разработке УП и даже при использовании УП из архива часто требуется их редактирование , связанное с исправлением ошибок или с изменением параметров технологического процесса и размеров изделия, применяемого инструмента, или с использованием только отдельных фрагментов отлаженных рабочих УП. Редактирование требует просмотра УП и поиска ее фрагментов с использованием дисплея УЧПУ, удаления, вставки или изменения символов текста, слов, кадров или больших участков текста УП, компоновки отдельных фрагментов текста в новую УП. Такой род работы УЧПУ и оператора может быть также квалифицирован как выполнение задания.

Предварительно разработанные и помещенные в архив программы могут быть введены в память УЧПУ по различным каналам, наиболее типичными из которых являются каналы ввода от фотосчитывающего устройства (ФСУ), от накопителя на ленте или дисках, от ЭВМ верхнего уровня управления ПС и от телетайпа.

Разработанные и отлаженные непосредственно на УЧПУ совместно с объектом управления УП могут быть выведены из памяти УЧПУ по каналам связи и помещены в архив с помощью записи на соответствующий программоноситель.

Правильно разработанная и хранящаяся в памяти УЧПУ УП, как правило, не может быть исполнена системой без выполнения работы, связанной с наладкой. Наладка предполагает, например, ввод рабочих органов (РО) исполнительных устройств в некоторое положение, ввод в память УЧПУ информации, связанной с ограничением исполняемого технологического процесса или состояния среды на данный момент. После выполнения задания “наладка“ УЧПУ может автоматически исполнить действия, определенные в УП.

Выполняя задания в автоматическом режиме, УЧПУ контролирует работу основного технологического оборудования и отклонения процесса от нормы, а также анализирует состояния пульта оператора, вспомогательного оборудования и управляет комплексом основного и вспомогательного оборудования. В случае если УП успешно выполняется до конца УЧПУ прерывает выполнение программы и выдает диагностическое сообщение извещая о случившемся оператора или верхний уровень управления, после чего принимаются меры по устранению причины прерывания процесса и его возобновлению. Автоматическое исполнение УП может предусматривать раздельную проверку работы отдельных частей системы без выполнения основным и (или) вспомогательным оборудованием каких-либо действий.

При выполнении какого либо задания выполняется, как правило, несколько задач, среди которых можно выделить общие, часто возникающие при управлении большинством объектов подзадачи: интерпретацию УП, траекторные задачи, управление приводами, логическое управление, адаптивное управление п др.

Управляющая программа несет в себе информацию, необходимую для выполнения задач, но эта информация кодировании и для ее понимания необходимо выполнить дешифрацию и некоторые предварительные расчеты, результаты которых будут использоваться в дальнейшем для решения других задач.

При управлении объектами, координаты управляемых осей которых должны изменяться по заранее определенным во времени законам (контурное управление), заданным бесконечным множеством точек, возникает проблема ввода в УЧПУ информации о законах изменения координат.

При аналитическом способе программирования в УП задаются опорные точки элементов контура и его тип, а интерполяция промежуточных точек выполняется средствами ПО УЧПУ. При полуаналитическом способе программирования средствами ПО УЧПУ выполняется также и определение опорных точек контура.

По программе, задаваемой в УЧПУ, исполнительные устройства объектов управления обеспечивают изменение положения в пространстве рабочих органов и инструмента, управление технологическими параметрами, такими как скорость, температура, давление и т.п. При этом УЧПУ может выполнять только функцию задания законов изменения управляющих воздействий (ИУ имеет обратную связь по управляемой координате, незамкнутой через УЧПУ) или же дополнительно функцию регулятора управляемых координат исполнительных систем (обратная связь по управляемым координатам ИУ замыкается через УЧПУ). В первом случае ИУ, как правило, само контролирует отклонение происходящих в нем процессов от заданных УЧПУ и только извещает его об их отклонении от нормы, а во втором случае УЧПУ само производит контроль. В обоих случаях УЧПУ само принимает решение о последующих действиях при превышении допустимых отклонений. Эта задача наиболее характерна при управлении дискретными и следящими приводами ИУ объектов управления, где необходимо выдать управляющее воздействие на каждый из приводов в виде кодов или аналоговых сигналов, получить, преобразовать и обработать информацию от датчиков обратных связей, а также сформировать новые управляющие воздействия.

Исполнительные устройства объектов управления, как правило, имеют не только механизмы, требующие контурного управления, но и механизмы, требующие позиционного или циклового управления. При позиционном управлении УЧПУ задает только характеристики конечных состояний объекта, формируя код требуемых конечных состояний и не контролируя промежуточные. При цикловом управлении УЧПУ определяет состояния объекта управления и Среды, логически анализируя совокупность осведомительных сигналов, принимает некоторые решения о продолжении выполнения задания и выдает дискретные управляющие воздействия типа “включить” или “выключить” в виде бит или байтов информации на цикловые или дискретные ИУ. При логическом управлении на УЧПУ также может быть возложен контроль во времени за отработкой управляющего сигнала циклового ИУ.

Адаптивное управление процессами связано с адаптацией УЧПУ к возмущениям, имеющим место при технологических процессах и с адаптацией при нарушениях в организации Среды, либо при работе с неорганизованной средой. В первом случае к возмущениям относятся возмущения типа изменения параметров материалов и инструментов, участвующих в технологическом процессе, и им подобные, а во втором - такие как, например, неправильная ориентация заготовки в таре или ее отсутствие. В обоих случаях повышение адаптационных свойств УЧПУ требует получения достаточной достоверной информации о процессе или среде, ее обработке и коррекции УП. Автоматизация этих операций связана с применением или специальных информационных систем, оснащенных различного рода сенсорами, аппаратными и программными средствами, или информационных систем, встроенных в УЧПУ. Интеграция УЧПУ с информационными системами, а также разработка ПО адаптации, его объединение с ПО УЧПУ приводят у созданию интеллектуальных систем ЧПУ.

Для выполнения какой-либо работы УЧПУ должно получить соответствующие указания о том, какое задание из предусмотренных при проектировании УЧПУ должно быть исполнено, а для выполнения некоторых заданий еще и детальное указание задач, которые при этом должны быть исполнены. Эти указания УЧПУ может получить или от оператора, или по каналам связи с верхним уровнем управления ПС и периферийными устройствами УЧПУ. Для связи ЧПУ с оператором предусмотрены аппаратно-программные средства, обеспечивающие выбор задания, а также контроль за выполнением задания и задач. К таким средствам относятся клавишный пульт оператора или пульт обучения, дисплей УЧПУ, сигнальная индикация, фотосчитывающее устройство, кассеты памяти, диски и другие устройства, размещенные на панели (пульте) оператора. Общение оператора и УЧПУ происходит на нескольких языках, среди которых можно выделить язык заданий, язык задач, язык дисплея и язык индикации.

Язык заданий реализуется клавишными средствами панели оператора, при помощи которых оператор определяет задание (режим работы) УЧПУ, выдает директиву УЧПУ для его настройки на выполнение определенного вида работ. Язык заданий достаточно многообразен, так как отражает не только специфику УЧПУ, но и специфику объекта управления. Язык заданий УЧПУ нашел свое отражение в выделении функциональных полей (зон) панели оператора, мнемонических обозначениях функциональных клавиш полей и в правилах пользования ими для выполнения заданий. Некоторые мнемонические обозначения функциональных клавиш определены в ГОСТ 24505-80

Язык задач предназначен для описания задач, выполняемых при исполнении заданий. Описание задач выполняемых при управлении объектом, задается с помощью УП, которая составляется на том или ином языке пользователя. Так, например, для составления технологических УП УЧПУ станками используется международный код ИСО, нашедший отражение в ГОСТ 20999-83, определяющий содержание УП. В режимах подготовки к управлению объектом оператор может обращаться с УЧПУ на языке, определенном правилами тестирования, клавишами панели оператора и дисплея, языке подготовки УП в режиме “Меню” с использованием графических представлений и средств или без их использования.

Языки дисплея и индикации определяются правилами эксплуатации УЧПУ и используемых языков заданий и задач, а также мнемоникой функциональных клавиш дисплея и индикации и правилами пользования ими. С помощью языка дисплея и индикации задается объем и содержание визуально контролируемой информации, ведется диалог, выполняется плоская и объемная графика и т.д. Индикация может сопровождаться подсветкой или звуком при неправильном вводе информации, обнаружении ошибок при контроле.

Список использованной литературы:

1. Б.Г.Коровин, Г.И.Прокофьев, Л.Н.Рассудов
“Системы программного управления промышленными установками и робототехническими комплексами”

2. Под редакцией академика С.В.Емельянова
“Управление гибкими производственными системами. Модели и алгоритмы”

3. Под редакцией И.М.Макарова и В.А.Чиганова
“Управляющие системы промышленных роботов”

4. Под редакцией профессора А.А.Сазонова
“Микропроцессорное управление технологическим оборудованием микроэлектроники”