8.4 Керування обладнанням гвс

Керування устаткуванням ГВС здійснюється, як відзначалося раніше, на двох рівнях АСУ ГВС. На рівні оперативного керування деталі призначають для обробки на верстатах відповідно до календарного плану, диспетчерськими правилами і технологічними процесами; на нижньому рівні виконуються керуючі програми обробки деталей і переміщення вантажів.

Структура системи керування устаткуванням. При відмінності основних функцій даних рівнів керування можна відмітити загальні етапи опрацювання і передачі даних. Перші три блоки мають бути забезпечені алгоритмами підготовки керуючих дій, а блоки 4, 5, 6 зі своїми апаратними і програмними засобами відповідають за передачу і реалізацію команд систем керування.

Провідну роль відіграють алгоритми і програмно-математичне забезпечення (ПМЗ) для вибору рішень і керуючих дій, оскільки від їх ефективності залежать основні техніко-економічні показники роботи ГВС - продуктивність, міра використання устаткування, вірогідність виконання завдань в планові терміни при виділених ресурсах. Для розробки алгоритмів і ПМЗ цієї частини системи керування необхідно мати детальний технологічний і організаційний проект ГВС.

Виконання процедур керування починається з появи явища ініціюючих сигналів (блок 1). Ці сигнали можна класифікувати за двома типами: директиви, що вводяться (пуск, останов, поява термінового замовлення, проведення планового ремонту); реєстровані в системі події і величини, наприклад, початок і закінчення процесів, значення контрольованих параметрів. При вході в блок прийняття рішень більша частина ініціюючих сигналів порівнюється із заданою раніше величиною (установкою). Якщо робота ГВС і окремих підсистем протікає без відхилень або величина відхилень менше допустимого узгодження, то вибір рішення відносно простий і визначається розробленими алгоритмами ГВС і окремих об’єктів в плановому режимі. Проте у функціонуючій системі відхилення від заданих величин або станів відбуваються дуже часто. Можлива поява бракованих деталей, з узгодженням по положенню і швидкості переміщаються робочі органи устаткування, нерідкі збої і відмови технічних засобів і ПМЗ, міняються планові терміни виконання робіт.

Природа можливих відхилень різна, відрізняються і місця їх появи; тому компенсація обурень виконується на різних рівнях управління із залученням неоднакового складу і об'єму інформації, технічних засобів. Управління по відхиленнях, яке використовує принципи зворотного зв'язку, найчастіше використовується в АСУ ГВС, хоча для ряду ініціюючих сигналів, наприклад плановий пуск або останов системи, даний підхід не застосовується. Зменшити складність алгоритмів і ПМЗ для системи управління ГВС можна шляхом локалізації виникаючих відхилень і усунення їх на тих рівнях, де вони виникають.

Прийняття рішень за умовами початку керування (блок 2) є центральною ланкою в технологічній, організаційній і керуючій структурі ГВС. Саме тут з'єднуються потоки інформації і виконуються основні алгоритми керуванняю Різноманіття ініціюючих сигналів, яких тільки по назвах налічується більше сотні [11], вимагає використання розвиненого алгоритмічного і програмного забезпечення. Причому більшість рішень має бути прийнята і виконана за короткий проміжок часу.

Рішення можуть прийматися автоматично і автоматизовано. Автоматично рішення приймаються в умовах роботи ГВС без відхилень, для технічних засобів із заданими однозначними алгоритмами керування, коли точно визначена реакція на керуючу дію. Але іноді, зважаючи на недостатнє опрацювання алгоритмів керування або відсутності достовірної інформації про керований об'єкт і ситуацію ГВС, рішення приймаються автоматизовано, тобто з участю оператора.

Можливі два основні випадки автоматизованого прийняття рішень. У першому з них операторові автоматично надається інформація, наприклад, на екрані дисплея, про стан ГВС або об'єкта, характер і величину ініціюючого сигналу. На підставі цього оператор приймає те чи інше рішення. У іншому випадку оператор оцінює пропонований набір (меню) рішень і вибирає одне з них, зважаючи на додаткову інформацію, яка не завжди може бути врахована в АСУ ГВС.

Прийняття рішень за допомогою оператора більш характерне для етапів впровадження і дослідно-промислової експлуатації ГВС, коли виявляється необхідність в доробітках системи керування і її подальшого розвитку.

У АСУ ГВС для блоків прийняття рішення часто використовуються табличні алгоритми, в яких більшості вхідних сигналів і поточних станів керованих об'єктів відповідають вихідні сигнали (рішення). На етапі прийняття рішень і вироблення керуючих команд, вирішуються наступні самостійні і паралельні завдання: координація роботи різних об'єктів ГВС; дозвіл конфліктних ситуацій; підготовка управлінської інформації, для виконуючих пристроїв і засобів відображення; підготовка інформації для бази даних ГВС, де розміщуються моделі ГВС і підсистем, графіки проходження елементів матеріального потоку в системі, характеристики об'єктів ГВС.

Укрупнена схема взаємодії блоку прийняття рішень з базою даних показана на мал. 6.8. Деякі з ініціюючих сигналів використовуються для моделей ГВС і її окремих частин. Наприклад, це стосується стану устаткування і оснащення. Ряд ініціюючих сигналів поступає безпосередньо в блок керуючих команд. Інша частина аналізується в алгоритмах вибору рішень. На основі характеру сигналу, його величини і відхилення вибирається один з багатьох можливих алгоритмів.

Більшість об'єктів ГВС можна характеризувати як елементи систем масового обслуговування (СМО). СМО є об'єктом дослідження однієї з областей прикладної математики, оперуючої з дискретними подіями в системах, де можливе утворення черг. Прикладами СМО для ГВС є транспортно-накопичувальні системи, застосування робота або оператора для обслуговування декількох верстатів, передачі інформації від локальних систем керування на центральну ЕОМ. У цих випадках завжди можливе утворення черги з не обслугованих заявок, а повне її виключення нереальне, оскільки є деяка вірогідність появи одночасно двох або більше заявок на обслуговуючому пристрої.

Тому в системі управління ГВС необхідно формувати і тримати в пам'яті ЕОМ виникаючі черги на ГВМ, роботи, транспортні пристрої, ЕОМ.

Після отримання такого повідомлення на середньому рівні АСУ ГВС аналізуються можливі узгодження з плановим завданням. Якщо відхилення немає, відбувається перехід до процедури керування в плановому режимі. Визначається номер технічного засобу по черговому етапу маршруту i + 1. Якщо верстат працездатний, деталь ND ставиться в чергу до нього. Далі робиться опитування стану транспортного засобу, обслуговуючого етапи i і i+1. Якщо транспорт працездатний і вільний, то аналізується стан верстата по мірі його зайнятості. Якщо верстат вільний (простоює через відсутність роботи або є вільне місце в його накопичувачі), то аналізується черга на цей верстат. За наявності черги (найбільш частий випадок) необхідно вибрати деталі для переміщення. У загальному випадку необхідно аналізувати усі черги засобів, які обслуговують даний транспортний пристрій. Вибір деталі з черги може бути здійснений за різними правилами. Зазвичай, перевагу віддають найбільш терміновим і відстаючим деталям. Можливий і інший підхід, коли вибираються такі деталі, які викликають простій устаткування або із-за переповнювання накопичувача готовими деталями, або через відсутність роботи на одному з операційних засобів.

Як бачимо, передача деталі з етапу i на етап i + 1 може статися при виконанні ряду умов. Якщо, наприклад, верстат буде зайнятий, то необхідно аналізувати можливість переміщення деталей в резервне місце зберігання РМ, роль якого зазвичай відіграє склад ГВС. Необхідними умовами для переміщення в РМ являється наявність вільних місць (комірок) , стан транспортного засобу. Запізнення з вивезенням готових деталей з етапу i може привести до простою верстата із-за переповнювання накопичувача. Цей приклад показує, який об'єм інформації потрібний для реалізації однієї з процедур керування. Крім того, видно, що, призначаючи різні правила вибору деталей з черг, ми можемо отримати і різні результати роботи ГВС. У одному випадку матимемо велику вірогідність виготовлення термінових деталей і поліпшення планових показників, віддаючи пріоритет відстаючим замовленням, в іншому - акцент робиться на покращення завантаження устаткування. Раціональним рішенням буде застосування різних правил вибору деталей з черг для змінної ситуації в ГВС.

Програмне керування устаткуванням. Одним з відповідальних завдань АСУ ГВС є керування устаткуванням, і передусім верстатами. Для вирішення цього завдання використовують різні пристрої числового програмного керування (ПЧПК). Перші ПЧПК, які працюють на магнітній стрічці, були порівняно швидко витиснені ПЧПК другого покоління. ПЧПК другого покоління використовують в якості програмоносія перфострічку і стандартний код для стискування інформації. Ці пристрої побудовані за блоковим принципом, де кожна структурна одиниця відповідальна за рішення декількох задач:: введення інформації (фотозчитувач), декодування і підготовка даних, корекція, інтерполяція, управління контурною швидкістю, зв’язок з приводами. Алгоритми перетворення і передачі інформації в цих ПЧПК задані структурно і не піддаються оперативним змінам.

Системи управління другого покоління нині широко використовують в промисловості. Але із-за жорсткості структурних схем випускається велика кількість моделей, які повинні задовольняти устаткування різних конструкцій. Окрім цього, надійність даних ПЧПК невелика через застосування великої кількості елементів (транзисторів і інтегральних схем для виконання логічних операцій); пристрій введення перфострічки дає близько половини усіх збоїв ПЧПК

Розвиток технології виготовлення великих інтегральних схем і керуючих обчислювальних пристроїв на їх основі (мікропроцесорів, схем пам'яті, мікрокомп'ютерів) дозволило використовувати в ПЧПК вбудовані мікро-ЕОМ. Такі системи дістали назву ПЧПК третього покоління або CNC (Computer Numerical Control - числове керування з використанням комп’ютера).

Системи CNC дозволяють збільшувати кількість різних функцій управління без значного росту їх вартості і на порівняно обмеженому числі модулів ПЧПК, оскільки зміни в їх алгоритми керування повинні вноситися програмним способом. Системи CNC мають ряд додаткових можливостей, які можуть бути представлені користувачеві ПЧПК. До них відносяться: глибша редакція і технологічне опрацювання аж до проектування керуючих програм безпосередньо у верстата; наявність великого об'єму пам'яті для зберігання від однієї і більше керуючих команд; підсистема технічної діагностики дозволяє оперативно визначати місце і характер несправностей; можливість виходу системи керування в точку обробки, на якій раніше була закінчена робота; багатофункціональність ПЧПК дає можливість керувати одночасно такими додатковими пристроями гнучких виробничих модулів, як промислові роботи і контрольно-вимірювальні засоби; в процесі відробітку керуючої програми можна корегувати можливі погрішності виготовлення і зношування вузлів верстата. ПЧПК типу CNC, як правило, мають вбудовані пристрої для зв'язку з ЕОМ верхнього рівня.

Керування групою устаткування від центральної ЕОМ є основою для побудови АСУ ГВС. Такі системи дістали назву DNC (Direct Numerical Control - пряме числове керування). При з'єднанні двох систем керування лініями зв'язку з'явилася можливість розподіляти рішення різних завдань між центральною ЕОМ і ПЧПК. Тому налічуються десятки варіантів в побудові систем типу DNC, які відрізняються в основному різними наборами задач, які розв’язуються на різних рівнях керування ГВС. Найбільше застосування в практиці отримали три основних варіанти систем типу DNC.

1. На нижньому рівні для керування устаткуванням використовуються ПЧПК другого покоління з інтерполятором і перфострічковим введенням. Інформація від центральної ЕОМ передається кадрами в буферний пристрій ЧПК, минаючи фотовведення. Виключення фотовведення дозволило збільшити надійність ПЧПК, але при передачі інформації кадрами, які відразу відпрацьовуються електроавтоматикою верстата, неминучі спотворення в виді великого рівня індустріальних перешкод. При виході з ладу центральної ЕОМ можливий масовий брак на верстатах.

Збільшення надійності систем і перешкодостійкої каналу зв'язку можливо при використанні розширеної буферної пам'яті ПЧПК на декілька кадрів. Це також розвантажує центральну ЕОМ і зменшує вірогідність появи двох і більше одночасних запитів від ПЧПК.

2. Оскільки центральна ЕОМ має в розпорядженні значний вільний (фоновий) час, то з'являється можливість передати на неї деякі традиційні функції ПЧПК другого покоління. Наприклад, відомі системи DNC, де на центральній ЕОМ виконується попередня інтерполяція. Такий варіант системи DNC збільшує коефіцієнт використання часу ЕОМ і може зменшити вартість ПЧПК. Проте це веде до зниження універсальності верстатних систем управління і росту їх різноманіття.

3. Найбільш перспективними і вживаними в наш час являються структури з ЕОМ на верхньому рівні і ПЧПК типу CNC на нижньому (DNC - CNC). Така побудова в системах керування устаткуванням дозволяє використовувати усі переваги систем CNC і DNC, а також виключити згадані вище недоліки, характерні для систем DNC першого і другого типу. Для побудови систем типу DNC - CNC необхідно мати ПЧПК, оснащені каналом зв'язку з ЕОМ верхнього рівня. Серед ПЧПК типу CNC, що випускаються вітчизняною промисловістю для АСУ ГВС, можна відмітити моделі 2Р22, 2Р32, 2С42, 2С85, які використовуються для керування верстатів з ЧПК, і моделі УЦМ-100, УПКМ для управління роботами [11].

У вітчизняних ПЧПК класу CNC в основному використовують вбудовані мікро-ЕОМ "Электроника-80", що полегшує зв'язок локальних об'єктів керування з вищестоячими рівнями АСУ ГВС. Використання обчислювальної техніки на різних рівнях керування різко розширює можливості АСУ ГВС по набору автоматизованих функцій.

На прикладі системи програмного керування верстатами (СПКВ) розглянемо, як організовано програмне забезпечення ділянки АЛП-3-1 для виготовлення корпусних деталей. Програмне забезпечення реалізоване на ЕОМ верхнього рівня М6000, а локальними системами керування є ПЧПК мод. Н55-2Л, канал, що має зв'язок з ЕОМ.

Програми керування повинні забезпечувати виконання циклічних операцій, які здійснюють пуск верстатів і виведення робочих органів в початкове положення, подачу заготовок на стіл верстата; корегування нульових точок органів верстата; зміну різального інструменту, виконання режиму "Вихід в точку" для початку обробки з будь-якого кадру програми; підготовку кадрів керуючих програм до передачі на верстати з ЧПК; відновлення нульових точок виконавчих органів верстатів, установ верстата.

При пуску верстата СПКВ аналізує сигнали від ПЧПК і робить висновок про працездатність верстата. Пуск може бути плановим або після виникнення яких-небудь збійних ситуацій. Тому перед пуском СПКВ опитує модель стану верстата, і пуск здійснюється з тієї миті, в якому був раніше зупинений верстат. Безпосередньо для пуску видається сигнал на включення ПЧПК верстата і передаються кадри програми для виведення виконавчих органів верстата в початкове положення.

Програма, яка керує переміщенням супутників на верстаті, має модель завантаження, що дозволяє завжди визначати номер деталі і стан агрегату завантаження. По номеру деталі викликається необхідна керуюча програма обробки, вводяться корегування. Після обробки деталь з супутником виводиться на вихідну позицію агрегату.

Програма, що керує зміщенням початкового положення виконавчих органів верстата, реалізує і введення корекцій для номера супутника на верстаті. У АЛП-3-1 використовується підготовча функція керуючої програми для зміщення положення координат верстата. Для забезпечення програми "Вихід в точку" раніше організовується пошук кадру програми, з якого необхідно почати обробку.

Програма для режиму "Вихід в точку" реалізує установку в шпиндель необхідного інструменту; передає на ПЧПК верстата інформацію до необхідного кадру програми; визначає послідовність підведення виконавчих органів, щоб виключити можливе зіткнення; включає подачу охолоджувальної рідини, якщо вона потрібна; підводить інструмент до оброблюваної поверхні; включає шпиндель верстата; передає інформацію про підготовку кадру керуючої програми.