Устройства с числовым программным управлением.



Задачи УЧПУ

 

Основной функциональной единицей управляющей системы является задача. B каждой задаче обрабатывается своя группа данных. К основным функциональным задачам системы относятся: ввод дискретных сигналов; ввод дискретных сигналов с группы АЦП; вывод дискретных сигналов; вывод анало­говых сигналов с воспроизведением различных функциональных зависимостей выходного сигнала от входных данных; вывод дис­кретных импульсных сигналов для управления исполнительными механизмами с памятью; вычисление, потенциального регулирую­щего воздействия по ПИД-закону ( с безударным включением); вычисление дискретного регулирующего воздействия по двухпозиционному закону с предварением; программно-логическое управ­ление по алгоритму, заданному на специализированном языке; математические вычисления, заданные по алгоритму на специали­зированном языке; реализация альтернативного порядка передачи одинаковых продуктов из группы однотипных агрегатов в транс­портную магистраль или обратной передачи при ПЛУ агрегатами; реализация дизъюнктивного или конъюнктивного порядка пере­дачи одинаковых продуктов из группы однотипных агрегатов в транспортную магистраль или обратной передачи при ПЛУ агрегатами; реализация альтернативного порядка передачи одинаковых продуктов из группы однотипных агрегатов в транспортную магистраль или обратной передачи при ПЛУ агрегатами; реализа­ция альтернативного порядка передачи различных продуктов через транспортную магистраль при ПЛУ агрегатами; воспроизведение функциональных зависимостей переменной от переменной, задан­ных таблично, с линейной интерполяцией; воспроизведение функ­циональной зависимости, переменной от времени, заданной таб­лично, с линейной интерполяцией; реализация симметричных логических функций, множества переменных (дизъюнкция, конъ­юнкция, неравнозначность, в том числе и с инверсией значения функции); пересылка данных из одной области памяти в другую; циклическая пересылка данных из обыкновенного ОЗУ в энергонезависимое и обратная однократная пересылка при перезапуске системы управления после нарушения энергоснабжения; селектирование переменных; циклическое тестирование ПЗУ и ППЗУ методом подсчёта и сравнения контрольных сумм ОЗУ методом контрольной записи и чтения без разрушения информация.

 

При проектировании СУ (решающей эти и подобные задачи) необходимо:

- выбрать или разработать алгоритм функционирования системы;

-определить тип датчиков и исполнительных устройств;

-установить режимы обмена информацией с внешними устрой­ствами (ввод — вывод);

-сформировать требования   к программному обеспечению, выбрать пригодную для данного случая операционную систему и пакет прикладных программ, разработать недостающую часть программных средств;

-по известному объёму и виду программных средств установить объём ЗУ и конфигурацию (выполняемые операции) УУ и АЛУ, провести разработку аппаратных средств.

 


Принципы построения и структура вычислителя УЧПУ.

 

Вычислительная система (ВУС)- это процессор, построенный на одной или нескольких БИС, модули памяти (ЗУ), расширители арифметических функций. ВУС совместно с контроллерами внешних устройств (КВУ) и специальным каналом обмена информацией- системной магистралью, образуют микропроцессорную систему (МПС).

Вышеперечисленные блоки -это аппаратные средства УЧПУ.

КВУ- это устройство, включающее в себя схемы сопряжения внешнего устройства (ВУ) с системной магистралью (интерфейс) и схемы преобразования входных и выходных данных внешнего устройства.

При использовании однопроцессорного вычислителя возможны две основные структуры. В структуре с общей магистралью все контроллеры внешних устройств сопрягаются с вычислителем через эту магистраль. В этой структуре нагрузочная способность системной магистрали(с МГ) ВЧС ограничивает возможности расширения системы из-за ухудшения помехоустойчивости. Для улучшения этих характеристик используется вариант однопроцессорной структуры с двумя магистралями, сопряжение между которыми осуществляется через устройство согласования магистралей- адаптер. В этой структуре КВУ оператора (дисплее и клавиатуры) сопрягаются обычно с магистралью ВЧС, а КВУ объекта (электроприводов, датчиков состояния объекта, устройств управления электроавтоматикой) сопрягаются с магистралью УЧПУ (СМГ УЧПУ).

В однопроцессорных УЧПУ определились основные принципы организации МПС УЧПУ, обеспечивающие возможность расширения системы при сохранении функциональной гибкости и надёжности при малом времени восстановления в случае отказа. К их числу относят принцип программно-аппаратной реализации функций управления, в соответствии с которым основными функциями аппаратных средств КВУ являются преобразование информации вычислителя в сигналы управления объектом и обратное преобразование сигналов состояния объекта в машинную форму, обработка информации производится программными средствами вычислителя;

Магистрально- модульный принцип построения аппаратных средств, в соответствии с которым аппаратные средства, входящие в состав базовой конфигурации МПС УЧПУ, выполняют в виде унифицированных по конструкции модулей и имеют унифицированные средства сопряжения с системными магистралями принцип «встроенной» диагностики аппарата УЧПУ, в соответствии с которым каждый блок, входящий в ВЧС или КВУ, имеет свои аппаратные диагностические средства, что позволяет быстро локализовать неисправности и снизить время восстановления устройства в случае отказа.

Однопроцессорные УЧПУ накладывают ограничения на количественное и качественное расширение функциональных возможностей и надёжность управления локальными устройствами ЧПУ, обусловленные следующими причинами:

1. Ограничение вычислительной мощности процессора. Даже чисто количественное увеличение выполняемых МПС одинаковых функций, например, числа управляемых осей исполнительных устройств объекта имеющее место в тяжёлых и уникальных станках с ЧПУ, приводит к недопустимому увеличению загрузки процессора.

2. Ограничение возможностей привязки микропроцессорного УЧПУ к объекту. Эти ограничения связаны с проблемой управления устройствами электроавтоматики (ЭЛА). Если схема ЭЛА является сравнительно простой, то обработка дискретных входных сигналов и управление дискретными выходами ЭЛА выполняется МПС УЧПУ. Для объектов со сложной схемой ЭЛА такое решение неэффективно и привод осуществляется специальным командоаппаратом, выполненным на базе МПС. Он называется программируемым контроллером (ПК). На основе этих контроллеров в ГПС строится управление транспортно-накопительными системами.

3. Ограничение, связанное с тем, что локальный объект автоматизации в ГПС- станки, роботы, ТСС (транспортно-складская система). Чтобы выполнять отдельные компоненты УЧПУ в виде функционально и конструктивно завершенных модулей, имеющих минимальное число линий связи с другими модулями и максимально приближенных к управляемому объекту, необходимо обеспечить каждый модуль своей локальной МПС (ЛМПС) с возможностью обмена с другими ЛМПС, входящими в общую мультимикропроцессорную структуру.

4. Ограничение, связанное с конечной нагрузочной способностью системной магистрали. Увеличение вычислительной мощности процессора целесообразно, если можно расширять число модулей, подключённых к СМГ без снижения надёжности обмена данными. Различие функций, выполняемых модулей, определяется различием ПО занесённого в ЗУ ВЧС, входящую в состав этих модулей. Такой подход позволяет создавать модульные микропроцессорные УЧПУ, расположенные в одном блоке или же распределённые по конструктивным блокам системы управления. При расположении микропроцессорных модулей ММПС в одном блоке агрегатирование отдельных вычислителей осуществляется с использованием двухпортовых блоков общей памяти (БОП) в соответствии с рис.

 

 

Рис.- Структура многопроцессорного УЧПУ с обменом через БОП.

 

Центральный вычислитель (ВЧС) УЧПУ связан через системную магистраль СМГ с КВУ (контроллер дисплея, клавиатуры, пульта и т.д.) и локальными вычислителями (ВЧС1-ВЧСN), имеющими собственные системные магистрали ЛСМГ и решающими конкретные функциональные задачи, например, управления выводами и ЭЛА. Связь через двухпортовые БОП обеспечивает наименьшие потери производительности ММПС, обусловленные конфликтами при одновременном обращении вычислителей и БОП. Учитывая малую интенсивность обмена данными между локальными ВЧС и центральным ВЧС, БОП может быть совмещён с ОЗУ локального ВЧС. При использовании параллельного обмена в рассмотренной структуре потери производительности, обусловленные временем, стремятся к нулю.

Большая пропускная способность требуется от канала обмена данными при использовании структуры ММПС, способной обеспечить функциональные возможности, аналогичные тем, которые обеспечивает структура на рис. , но в распределённом по конструктивным блокам варианте УЧПУ (рис. )

 

 

Рис. Структура многопроцессорного УЧПУ с обменом через адаптеры связи.

В отличии от предыдущей в этой структуре микропроцессорные ВЧС имеют равные возможности обмена данными. Обмен осуществляется через адаптеры связи АС1-АС3, подключённые к СМГ и имеющие выходы на два последовательных канала обмена. Достоинством рассмотренной структуры является конструктивная автономность локальных ВЧС, возможность их встраивания в аппаратуру, расположенную в различных местах общей системы управления при минимальном числе линий обмена и идеальной помехозащищённости при использовании оптических каналов обмена. Недостаток структуры- ограниченная пропускная способность последовательного канала обмена.

 

 


Дата добавления: 2018-04-15; просмотров: 409; Мы поможем в написании вашей работы!






Мы поможем в написании ваших работ!