Информационно-управляющая оболочка для системы ЧПУ (стр. 1 из 3)

В качестве объекта управления выбрана система ЧПУ фрезерно-токарного станка с четырёхосевым приводом постоянного тока. На рисунке 1 представлена структурная схема подобной системы УЧПУ. На схеме приняты следующие обозначения:

ДП - датчик положения;

ЭПр - электропривод;

ЭАС - электроавтоматика;

РУ - ручное управление;

УП - управляющая программа.

Приведенная схема отличается от классической отсутствием в структуре ЧПУ интерпретатора УП, и её функции возложены на CAM-систему информационно-управляющей оболочки ЭВМ верхнего уровня.

Таким образом, для работы с представленной системой ЧПУ информационно-управляющая оболочка ЭВМ верхнего уровня должна решать следующий круг задач:

реализовать пользовательский интерфейс;

осуществлять функции интерпретатора для определённых языков УП;

осуществлять загрузку УП и её рабочих параметров в УЧПУ;

иметь возможность оперативного управления и контроля работы оборудования;

иметь возможность тестирования состояния и настройки режимов основных узлов системы управления станком (система ЧПУ, электроприводы осей, электроавтоматика).

Рис.1. Структура системы ЧПУ четырёхосевым электроприводом

Разрабатываемая оболочка работает с четырьмя разновидностями УП обработки изделий:

файлом геометрических описаний в стандарте HPGL фирмы HewlettPackard (файл с расширением PLT);

монохромный черно-белый растровый файл с расширением ВМР;

монохромный полутоновый файл с расширением ВМР;

текстовый файл в стандарте ISO аналог УП для стойки ЧПУ 2С85 или ей подобной.

В первых трех случаях для получения файла геометрических описаний изображения изделия вполне достаточно использование стандартных графических векторных и растровых редакторов, например CorelDraw для векторных рисунков и PhotoShop или Paint для растровых.

Применение этих редакторов позволяет существенно снизить стоимость САПР УП для систем ЧПУ. Технические характеристики графических редакторов позволяют практически полностью перекрыть потребности в подготовке УП для четырёхкоординатного фрезерного деревообрабатывающего станка. В этом случае интерпретатор управляющей программной оболочки системы управления станка берет на себя некоторые функции постпроцессора.

Регулирование положения комплектных электроприводов с ДПТ (рис.1) требует минимального количества дополнительного оборудования для реализации системы управления. На рисунке 2 приведена структурная схема системы управления с использованием комплектных тиристорных электроприводов постоянного тока. На рисунке приняты следующие обозначения:

A/Ii, А/Оi- входные и выходные бинарные сигналы управления или состояния оборудования (i- номер канала);

Ui- сигнал задания скорости i-той оси;

fi- сигнал углового положения i-той оси;

Кi- сигнал нажатия i-той клавиши пульта ручного управления.

Рис.2. Структурная схема системыЧПУ

Система управления формирует 4 сигнала задания скорости для электроприводов, представленных в виде ШИМ последовательности или двухполярного аналогового сигнала в зависимости от исполнения привода. Задает состояние 24 входных (A/I) и 24 выходных (А/О) бинарных сигналов, 4 входных и 4 выходных, из которых используются для контроля состояния и разрешения работы комплектных электроприводов соответственно. Для ввода информации от датчика углового (линейного) положения по каждой из 4 координат, требуется по две линии ввода информации. Помимо этого к адаптеру подключен пульт управления станком, который в зависимости от схемотехнической реализации может потребовать от 3 до 20 линий ввода/вывода. Здесь предполагается, что регулятор положения электропривода формирует выходной сигнал (сигнал задания скорости на комплектный электропривод) в виде 16-разрядного параллельного кода, который аппаратным способом адаптером преобразуется в ШИМ последовательности импульсов частотой примерно 2,7 кГц.

Скважность сигнала Q=0,5 соответствует нулевому уровню сигнала задания скорости. Увеличение скважности соответствует приращению величины сигнала, заданным со знаком "+", уменьшение скважности - со знаком "-". Четырёхканальный ШИМ преобразователь может быть достаточно просто реализован на 2-х трехканальных программируемых таймерах. Код управляющего воздействия на вход управления регулятора скорости комплектного электропривода может быть задан в виде двухполярного аналогового сигнала. Для этого соответствующий канал ШИМ должен быть заменен цифро-аналоговым преобразователем.

Приращение текущего положения на одну дискрету вводится в регулятор положения с использованием системы аппаратных прерываний. Каждый из датчиков формирует 2 импульсные последовательности, сдвинутые друг относительно друга на угол p/2 или - p/2 в зависимости от направления перемещения.

Исходя из структуры системы управления и основных задач, которые должна решать информационно-управляющая оболочка, можно сформулировать следующие требования к её основным режимам работы:

ввод и визуализация файлов изображения или текста УП, рассмотренных выше;

запуск и сопровождение отработки РП системой ЧПУ при управлении от ЭВМ верхнего уровня;

индикация ошибок и сбойных ситуаций при отработке РП;

ввод параметров технологического процесса для обработки детали в выбранном режиме;

контроль правильности ввода параметров;

управление и тестирование основных режимов работы и узлов оборудования при управлении от ЭВМ верхнего уровня;

индикацию состояния элементов автоматики оборудования, текущее и заданное положение рабочего инструмента по осям координат;

задание параметров и тестирование интерфейса между ЭВМ верхнего уровня и системой ЧПУ;

управление оборудованием может осуществляться с пульта управления системы ЧПУ или ЭВМ верхнего уровня средствами информационно-управляющей оболочки (пульт управления имеет высший приоритет).

Чертёж блок-схемы алгоритма основного выбора режимов работы информационно-управляющей оболочки приведен на рисунке 3.

Рис.3. Блок-схема алгоритма основного выбора

Основной выбор предоставляет в распоряжение пользователя пять возможных режимов работы:

ТПО - режим выбора файла УП, его визуализация и загрузка по интерфейсу RS485 в память программ УЧПУ;

ТП1 - выполняет ввод технологических параметров и констант исполняемой РП с контролем правильности ввода и загрузку их в систему ЧПУ;

ТП2 - осуществляет запуск программы, визуализацию рисунка и контроль ее исполнения (режим реального времени);

ТП3 - режим ручного управления перемещением РИ (рабочего инструмента) по координатам с клавиатуры ЭВМ верхнего уровня и тестирования состояния элементов автоматики и электроприводов станка (режим реального времени);

ТП4 - режим настройки и тестирования параметров интерфейса RS485.

Режим выбора файла использует выбор в стиле Windows. Выбор начинается с текущей папки, где размещен исполняемый модуль информационно-управляющей оболочки, и может расширяться на всю файловую систему и все физические устройства, определенные в системе. На режим отображения имен файлов установлены фильтры, которые позволяют из всего множества просматривать имена файлов с расширениями *. plt, *. txt, *. bmp. После вы-бора файла изображение, которое он содержит, выводится в окно просмотра. В случае *. plt-файла - средствами векторной графики. При этом в окне просмотра помимо самого изображения выводится отметка начальной точки рисунка, а в специальных окнах - истинные габаритные размеры рисунка. Если рисунок многослойный, то каждый слой выводится своим цветом. Если рисунок многоконтурный, то все переходы между контурами выполняются линиями черного цвета. После выбора нужного чертежа осуществляется процедура его преобразования в исполняемый код и загрузка по интерфейсу RS485 во внутреннюю память системы ЧПУ.

Рассмотрим более подробно этот режим. Блок-схема режима выбора файла просмотра изображения представлена на рисунке 4. Здесь приведен случай вывода файла *. plt. После процедуры выбора файла (блок 1 алгоритма) осуществляется синтаксический разбор текста файла. С помощью блоков 3 и 4 алгоритма вырезается заголовочная часть файла, содержащая информацию, не используемую для формирования изображения на экране монитора и генерации кода УП. Точкой входа считается строка текста файла, начинающаяся с символов РU. Если раньше по тексту файла встретится строка символов SPO (признак конца текста), то файл не содержит информации о рисунке; выдается сообщение "Файл пуст", и программа переходит в режим основного выбора.

В случае появления символов PU продолжение строки содержит начальные координаты x и yизображения. Значения x и yпереводятся из формата строки в формат long и запоминаются в промежуточном буфере УП. После этого начинается построчное преобразование абсолютных значений координат концов отрезков прямых в переменные типа long и запоминания их в промежуточном (блоки 8-13 алгоритма).

В случае если строка начинается символами SPx, где х - число от 1 до 8, то данная точка считается разрывом контура и в буфер обмена вместо значений координат вводится значение Const +x. Значения Const на порядок превосходит максимальное значение векторов x и y контурного изображения; запись в буфер продолжается до появления заголовка строки SPO или строки с заголовком, не включенным в процедуру сравнения (блок 13 алгоритма). В первом случае происходит привязка рисунка к координатам окна вывода изображения на экране дисплея, т.е. рассматриваются масштабные коэффициенты преобразования, исходя из габаритных размеров рисунка и габаритных размеров окна вывода. Затем по значениям векторов концов отрезков полилиний, сохраненных на предыдущем этапе преобразования, в окне вывода изображения строится рисунок. Во втором случае изображение не выводится и выдается сообщение об ошибке структуры файла. Результатом действия рассмотренного алгоритма является изображение рисунка в окне просмотра с указанием начальной точки изображения, габаритные размеры рисунка в сотых долях миллиметра и буфер векторов точек полилиний, образующих рисунок.