1. Микропроцессорная счпу “Электроника мс 2101”

2. Общая характеристика.

СЧПУ предназначена для управления различного типа металлообрабатывающим оборудованием. Это многомашинная блочно-модульная структурная система, в которой каждая из микроЭВМ решает определённую законченную задачу. Построена она на относительно дешёвых компонентах: однокристальные МП, динамическая память и т.д. Возможность построения многомашинной системы обеспечивается спецификой СЧПУ, алгоритм работы которых допускает широкое распараллеливание.

Такие функции, как:

• Связь оператором при подготовке, редактировании УП;

• Выборка и распаковка кадров УП;

• Интерполяция заданной траектории;

• Управление ЭП-ом (блок связи с ЭП);

• Управление и контроль за электроавтоматикой

могут выполняться параллельно на разных микроЭВМ при условии синхронизации их работы и обмена данными по каналам связи.

Параллельное выполнение задачи несколькими ЭВМ позволяет иметь:

• Повышенную вычислительную мощность МПС;

• Гибкость и комфорт обслуживания, т.к. модульность позволяет просто модифицировать и расширять МПС под потребителя.

• Возможность автодиагностики (возможного контроля машин, чтобы исключить возникновение опасных режимов работы);

• Автономность работы отдельных микроЭВМ в своём диапазоне задач, что облегчает работу по созданию и дополнению ПО, его унификации;

• Дополнительные вычислительные мощности и память могут быть использованы для решения новых задач: контроль обработки контура в узких допусках, компенсация кинематических погрешностей, температурных деформаций и т.д.

Для повышения надёжности СЧПУ были применены следующие решения:

• Защита ОЗУ кодом Хемминга;

• Предстартовый и фоновый контроль аппаратных средств с помощью встроенных тестов, что позволяет локализовать отказавшую плату и оперативно (около 20-ти мин) её заменить;

• Подсчёт контрольной суммы ПЗУ в фоновом режиме;

• Пультовый режим работы для оперативного анализа причин сбоев системы;

• Расширенный набор индикации режимов работы станка;

• Специальная технология производства с комплексов специальных стендов, включая температурные тренировки и контроль на всех этапах изготовления.

Функции СЧПУ:

• Задание режимов работы, ввод и коррекция УП, параметров и корректоров с пульта оператора;

• Ввод информации с ФЧУ типа “Консул 6121” через параллельный интерфейс ИРПМ;

• Ввод/вывод информации с (на) внешней кассеты энергонезависимой памяти на ЦМД (32кб) или с (на) внешней ЭВМ;

• Энергонезависимое хранение системных программ, УП, параметров и корректоров во внутренней памяти на ЦМД (32кб);

• Отработка УП;

• Управление 4-мя приводами подач и одним приводом главного движения при фотоэлектрических датчиках перемещения;

• Ввод, редактирование программы электроавтоматики, управление электрооборудованием станка, контроль за его работой (программируемый логический контроллер);

• Индикация текущей буквенно-цифоровой информации на экране дисплея (газоразрядной индикаторной панели) размером (точек);

• Выполнение резидентного проверяющего теста “Тест обмен”, обеспечивающего проверку работоспособности УЧПУ.

Технические данные:

• Дискретных входов – 128 ();

• Дискретных выходов – 64 ();

• Выходной сигнал на электроприводы – ;

• Суммарная погрешность выходного сигнала не более 2% от текущего значения в диапазоне , точность поддержания контурной минимальной подачи не хуже 5%;

• Количество импульсов:

• Для линейных датчиков 1000, 2500, 5000 на 2мм;

• Для круговых датчиков 2500, 5000, 9000, 18000 на оборот;

• Для шпинделя 1024 на оборот;

• Для ручного задатчика 100 на оборот.

• Габариты блоков ;

• Вес одного блока – до 100кг;

• Потребляемая мощность – 350вт;

• Средняя наработка на отказ – не менее 5000 часов;

• Средний срок службы – не менее 14-ти лет;

• Время готовности – не более 5мин;

• Дискретность задания – 0.001мм;

• Диапазон перемещений мм, в абсолютных или относительных значениях;

• Диапазон рабочих подач (до );

• Ускоренное перемещение – до ;

• Диапазон скорости вращения шпинделя (через 1об/мин);

• Смещение точки начала отсчёта ;

• Коррекция положения инструмента 99.999мм;

• Количество пар корректоров инструмента – 16;

• Коррекция люфта при реверсе 0.999мм;

• Ручная коррекция частоты вращения шпинделя и рабочей подачи 20120%;

• Линейная интерполяция – по x, y, z; x, y, c, круговая – по x, z; x, y, преобразование декартовой системы координат (x, y, z) в цилиндрическую (x, y, c);

• Компенсация дрейфа привода шпинделя и приводов подач при нулевом сигнале управления изменением параметров;

• Компенсация люфтов кинематики и погрешностей датчиков изменением параметров;

• Задание коэффициента усиления следящего ЭП и зоны нулевого рассогласования параметрами;

• Задание числа импульсов датчиков и их дискретности параметрами;

• Автоматический выход в исходную точку в т.ч. на быстром ходу одновременно по двум координатам;

• Возможность программирования подпрограмм измерения детали с автоматическим учётом результатов;

• Возможность поочерёдного управления двумя приводами главного движения;

• Задание параметрами значений ускорения и замедления ускоренного хода и рабочей подачи;

• Параметрическое программирование подпрограмм и циклов с глубиной вложения подпрограмм не более трёх;

• Количество устанавливаемых запретных зон резания – до 3-ёх.

В целом аппаратные средства МПС “Электроника МС 2101” являются наборами модулей и конструктивных блоков, но в основе которых возможно построение систем для управления различным оборудованием по заказу потребителя. В составе МПС используются три микроЭВМ, имеющие отличающиеся ПЗУ, и системные программные средства:

• Электроника НМС 12401.1 – для управления устройством ввода/вывода, хранения, обработки, отображения информации и передачи её в ЭВМ (дисплейный блок – прил. 1);

• Электроника НМС 12402.1 – для управления исполнительными органами станка, в т.ч. приводами подач и электроавтоматикой (исполнительный блок – прил.3);

• Электроника НМС 12402.2 – для управления циклами работы оборудования дискретного действия в т.ч. и электроавтоматикой станка – программируемый логический контроллер (исполнительный блок – прил. 3);

Собственно сама микроЭВМ (Вычислитель 2201) входит во все три блока и аппаратно не отличается (прил. 2).

Все три блока могут иметь самостоятельное применение. Дисплейный блок может выполнять функции подготовки программ обработки деталей с удобным и оперативным отображением результатов расчётов в цифровом, смысловом и графическом виде. Исполнительные блоки могут заменять релейно-контактную аппаратуру в системах управления оборудованием как программируемые логические контроллеры.

Краткое описание модулей МПС.

Вычислитель (прил. 2).

• Ретрансляторы – БИС К1801ВП1-26 (3 шт.);

• ППЗУ – К573РФ3

ПЗУ – К1801РЕ2 (до 5 шт.) – 20к слов (40кб);

• ОЗУ – К565РУ6А (24 шт.);

К1801ВП3-30;

К1801ВП1-28 (2 шт.);

• БРП – К1801ВП1-31;

• Таймер – К1801ВП1-38;

• ТЛГ 1, 2, 3 – К1801ВП1-65 (скорость передачи до 19200бод);

– схемы гальванической развязки;

• блок синхронизации:

кварц 8МГц: CLC1=4Мгц, CLC2=10Кгц для всех модулей блока;

500, 250, 100, 50, 10 Гц для БРП и таймера;

500Гц на выходной разъём для синхронизации нескольких блоков;

Кварц 4.608МГц: для ТЛГ;

• Разъёмы на СМ по 32 контакта, внешние разъёмы на 64 контакта типа СНП59-64/94ХІІВ-23-ІВ.

Память на ЦМД (модули 3100 и 3101).

• Контроллер с внешней памятью на цилиндрических магнитных доменах (ЦМД) обеспечивает:

• Обмен информацией “СМ – память ЦМД” (последняя находится на внутренней плате 3100 дисплейного блока);

• Запись/чтение с (на) СМ и кассеты внешней памяти ЦМД, втыкаемой в разъём на передней панели блока;

• Перепись информации с внутреннего ЦМД на кассету и обратно. Организация памяти микросхемы ЦМД типа К1605РЦ1 – 1025 страниц по 256 бит (102532 байта). Время чтения/записи одной страницы не более 5.2мс.

Основное преимущество ЗУ на ЦМД перед НГМД и КНМЛ – надёжная работа в производственных условиях: при значительных механических воздействиях (вибраций в диапазоне до 2.0кГц с ускорением до 20, одиночные удары с ускорением до 200), влажности до 95%, в температурном диапазоне 0...70°С, загрязнённости и запылённости.

Высокая надёжность обусловлена отсутствием механических вращающихся частей и введением аппаратной коррекции ошибок. В результате вероятность сбоя уменьшается с 10^-7 до 10^-12, а время наработки на отказ увеличивается с 10 до 40 тысяч часов и выше. Кроме того ЗУ на ЦМД обладают меньшим временем выборки (5...50мс вместо 50..200мс) и меньшей потребляемой мощностью (снижается с 100 до 10Вт), меньшими примерно на порядок размерами, позволяющими монтировать ЗУ непосредственно на технологическое оборудование.

Недостатки ЗУ на ЦМД – недостаточная ёмкость памяти на одну БИС, необходимость специального источника питания с повышенным напряжением. При высокой надёжности самой БИС происходят сбои (потеря памяти) из-за контроллера памяти.

Более подробно о контроллере, памяти на ЦМД смотри: микроЭВМ: 68 кн.: Практическое пособие/Под ред. Л.Н.Преснухина. Кн.4 Управляющие системы “Электроника нц. ” М. В. Ш. 1988г.

Устройство отображения информации (УОИ) на базе газоразрядной индикаторной панели (ГИП) использует матричный способ программно-синтезируемых символов из 256256 адресуемых точек. Может работать и с графиком. Управление ГИП заключается в поддержке однократно записанной в УОИ информации. В основе работы лежит принцип преобразования 16-ти разрядного двоичного кода в код двухкоординатной матрицы с последующей записью или стиранием данной точки на газоразрядной панели переменного тока размерностью 256256. Имеется 256 вертикальных электродов и 256 горизонтальных, расположенных в ионизированном газовом пространстве. Если по одному электроду из каждой группы подать импульсы зажигания (высокого напряжения), наступает пробой газового промежутка – точка для соответствующего адреса, светится даже после исчезновения импульса зажигания под действием напряжения поддержки 90115В. Чтобы погасить точку, нужно на эти же электроды подать импульсы пониженного напряжения.

ИРПМ – интерфейс радиальный последовательный модернизированный, –предназначен для подключения внешних устройств: фотосчитывающего устройства, перфоратора, УОИ, внешнего станочного пульта и т.д.

Клавиатура пульта оператора 7602 имеет 38 клавиш пульта управления, 9 клавиш – многофункциональные (виртуальные), т.е. в поле меню дисплея в зависимости от режима и подрежима работы им присваивается своё предназначение (адресная часть команд оператора). В целом клавиатура стандартного матричного типа; когда на клавиатуру поступает 8-ми разрядный позиционный код И1И8 сигналов опроса матрицы клавиш, в котором один “0” и последовательно опрашивает каждый столбец, с клавиатуры следуют ответные сигналы матрицы клавиш пульта. Если ни одна клавиша не нажата, то на шинах опроса К1К8 – пассивные высокие уровни. Если клавиша нажата, то появляется код, в котором один “0”. Код поступает в буферный регистр (в младший байт), считывается программой прерывания и программным шифратором формируется код нажатой клавиши.

Код И1И8 поступает с выходного регистра модуля ИРПМ (адрес 160142), код К1К8 записывается во входной регистр модуля ИРПМ (адрес 160144). Другая организация опроса клавиш панели оператора дана на рис.1, 2. На рис. 1 представлена схема шифратора, на рис 2 – кнопочная матрица панели оператора СЧПУ.

Клавиатура панели оператора составляет кнопочную матрицу 8-ми столбцов  16-ти строк Нажатая клавиша соединяет строку и столбец. На стр. 7. Показаны адресно-цифровые клавиши. Поля режимов, подрежимов и других команд оставлены пустыми. Счётчик С1 формирует код опроса строк. Дешифратор DC поочерёдно подаёт низкий уровень по строкам. Если клавиша нажата, то при опросе строки с этой клавишей низкий уровень через соответствующий столбец подаётся на вход мультиплексора. Когда код столбца, подаваемый на мультиплексор со счётчика С2, совпадает с кодом столбца, в котором низкий уровень (нажатая клавиша и опрос строки этой клавиши), то только тогда появляется на выходе мультиплексора высокий уровень, разрешающий запись двоичного кода со счётчиков в регистр данных RG. Именно этот двоичный код соответствует коду нажатой клавиши. После записи информации вырабатывается запрос на прерывание, по которому МП считывает информацию из регистра, и содержимое регистра сбрасывается.

Модули УСО (прил. 3).

Питание устройств электроавтоматики и других дискретных устройств внешнее ().