CC BY
8
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
МОДЕРНИЗАЦИЯ УЧПУ
Использование интерфейсов системы ДОЗА для подключения УЧПУ
к персональному компьютеру (ПК)
Э. Л. НЕХАНЕ ВИЧ, науч. сотр., канд. техн. наук, ИЯФ СО РАН,
г. Новосибирск
Практически на всех машиностроительных предприятиях до настоящего времени используются штатные ФСУ (фотосчитывающие устройства) для загрузки УП (управляющих программ) в устройства ЧПУ. Эти ФСУ различных модификаций находятся в эксплуатации уже не один десяток лет, и проблем у эксплуатационников предостаточно. Что касается технологов-программистов, то и они, кроме доставки перфолент к станку, с появлением ПК в отделах главного технолога, столкнулись с проблемой "длинных программ". Это - когда при расчётах сложных криволинейных поверхностей на ПК используется метод линейной аппроксимации, и в одном кадре задаётся перемещение на соответствующие координаты, равное одному "шагу" или одной дискрете. Вследствие чего УП по физическому объёму значительно выросли, и- в одних СЧПУ не хватает оперативной памяти, в других, где есть "старт-стопныйг режим, бобина с перфолентой не помещается в ФСУ. С массовым появлением ПК на заводах, появилась возможность установить их непосредственно в цехе, на участке станков с ЧПУ и решить проблему ввода УП, подключив устройство ЧПУ или несколько устройств к ПК.
В данной статье не рассматривается вариант взода УП от электронных картриджей, которые также успешно используются для этих целей. Это тема для отдельной статьи.
Персональный компьютер, как правило, через последовательный СОМ-порт(1) подстыковывают к УЧПУ, используя разъём для подключения ФСУ, непосредственно или через соответствующий интерфейс. При этом нет необходимости дорабатывать программное обеспечение УЧПУ.
Использование СОМ-порта ПК в условиях промышленного производства создает свои проблемы. Прежде всего -это низкая надежность, даже если применяется оптораз-вязка с ЛС [2].
Значительный опыт работы с интерфейсами системы ДОЗА [3] в локальных сетях микроЭВМ, а также наличие достаточного количества интерфейсов для ПК IBM PC [4] -позволило принять обоснованное решение о применении интерфейсов системы ДОЗА для г.вяяи с устройствами УЧПУ.
Краткое описание системы ДОЗА
Связные интерфейсные платы системы ДОЗА (Рис.1) предназначены для побайтного обмена информацией по витым парам (в том числе по телефонному кабелю) между ПК и устройствами в т.ч. ЧПУ. Формат отдельного байта соответствует старт-стопной организации, принятой в стандарте RS-232 (Рис. 2): за стартовым битом (единичный такт) следует 8 информационных и один командный бит, стоповая пауза завершает передачу.
Линия связи (ЛС) содержит два взаимно симметричных и практически независимых канала- передающий и пэиёмный. К передающему каналу подключается с одной стороны источник, который содержит передатчик данных и приёмник служебного сигнала ответ, с другой - приёмник, состоящий из приёмника данных и передатчика служебного сигнала.
(Рис.1)
1-й байт
2-й байт
СтСб Мб1 К стоп-пауза
а) |о 111 о о 1 о|
¡СтЬб
!0 О 0 1 О О 10
б)
"LTLLLJ LTU
в) СтМб
СбП
Ст Мб
1Л_Гии-и 1Р1Г
Рис. 2. Формат кадра в системе ДОЗА (а - в линии связи, б-на выходе приёмника) И 138-232 (в). Сигнал ответ условно не показан. Ст - стартовый импульс, К- признак команда/данные, П - контрольный би1, СО- старший бит, Мб-младший бит. ------порог чувствительности приёмного усилителя.
Приёмный канал аналогичен передающему, но имеет обратную направленность. Приёмопередатчики обеспечивают согласование с линией связи, как это оговаривается в рекомендациях Рв-422 и РЗ-485. Согласованность при-ёмопереда'чиков с линией связи позволяет передавать данные по витой паре длиной до 75 м со скоростью 200 кбайт/с илу со скоростью около 40кбайт/с при длине до 600м. Для потенциальной развязки линии связи применяются малогабаритные импульсные трансформаторы. В качестве ЛС применяются кабели с витыми парами, обладающие волновым сопротивлением около 120 Ом (в том числе телефонные кабели с диаметром жилы 0,5 мм и че-тырёхжильный кабель КММ 4x0,12). Амплитуда сигнала на выходе передатчика около 2В, а на входе приёмника при
■HI 32
№ 2 (19) 2003
МОДЕРНИЗАЦИЯ УЧПУ
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
максимальной длине ЛС - не менее 1В. Более подробное описание системы ДОЗА можно найти в работе (3).
Интерфейс БИМ.1- для систем ЧПУ 2С42 и 2Р22
Для устройств ЧПУ, выполненных на базе микроЭВМ МС1201.02 и Электроника-60 (аналоги LSI-11 фирмы DEC), разработан двухканальный интерфейс БИМ.1. Штатные интерфейсы пультового терминала (ПТ) и фотосчитываю-щих устройств (ФСУ) этих микроЭВМ, а также УЧПУ, как правило, отвечают фирменным спецификациям.
Интерфейс БИМ.1 устанавливается в устройство ЧПУ -в разъэмы магистрали МПИ (магистральный параллельный интерфейс - аналог шины Q-bus LSI-11). БИМ.1 выполнен в соответствии со стандартами на интерфейсы ФВ (фотоввода) и ПТ (пультового терминала) с адресами программно-доступных регистров 177550...68 и 177560...68 соответственно. Это дает возможность выполнить программно-аппаратную эмуляцию ПТ и ФВ средствами ПК с интерфейсами BI2-PC и BI2M-PC [4], причем реализуются также системные возможности микроЭВМ (работа в пультовом режиме, начальная загрузка по команде "17755CL").
Программное обеспечение, поддерживающее комплекс из ПК и микроЭВМ позволяет решать следующие задачи:
1. Работа в режиме ПТ.
2. Загрузка ОП и файлов формата .Ida в память микроЭВМ.
3. Загрузка операционной системы RT-11 и поддержка работы ОС ресурсами ПК, в частности, эмуляция дисков.
4. Загрузка через RT-11 штатных тестов для проверки и наладки микроЭВМ и внешних устройств.
5. Программа чтения содержимого ОЗУ и ПЗУ УЧПУ как из основного поля адресов ЗУ, так и из страниц расширения.
В интерфейсе используется программируемая логическая интегральная схема (ПЛИС) фирмы Altera. Имеются 2 группы программно-доступных регистров (каналы ФВ и ПТ), адреса которых определяются содержимым ПЛИС и состоянием движковых переключателей. Начальные адреса: 177550â и 177560а. Это позволяет эмулировать для ПМО УЧПУ фотоввод с перфоратором, а также пультовой терминал. Движковыми переключателями можно изменить эти адреса на 1765508 и 17656О0. Одновременно меняются векторы прерывания со стандартных 708 и 608 на 170„ и 1608.
Назначение регистров интерфейса БИМ.1
177550,177560 - РСП - регистр состояния приемника (зп/чт) 177552, 177562 - РДП - чтение байта данных или байта командь - РКИ - передача байта команды без предварительной установки РСИ1=1 177554, 177564 - РСИ - регистр состояния источника (зп/чт). 177556,177566 - РДИ - передача байта данных (РСИ1=0)или байта команды (РСИ1=1), при чтении все биты равны "1"
Назначение разрядов регистра состояния приемника БИМ. 1
О 0
2 1
и
РСП0 (зп/чт; передача сигнала запрос
РСП1 (зп/чт) признак команды в принятом ба^те
РСП2 (зп/чт) «пустой» бит
РСПЗ (чт) прием сигнала запрос
РСП6 (зп/чт) разрешение прерывания по ГтП
РСП7 (чт) готовность приемника (ГтП)
Основное назначение интерфейса БИМ.1 - эмуляция устройств ФСУ в УЧПУ и для этого использованы все возможности системы ДОЗА. В частности, сигнал "запрос", обеспечивающий асинхронный обмен, выдается не только для реализации каналом команды штатного интерфейса ПУСК ФСУ, но и принимается обоими каналами, что позволяет, например, выполнить полное тестирование линэйных функций интерфейса, а также воспользоваться средствами поддержки работы ОС КГ-И ресурсами ПК с эмуляцией дискоо.
Сигнал "запрос" может выдаваться в линию записью "1" в РСП0 или РСИ0, но только при наличии ГтИ и отсутствии ГтП, т.е. если РСИ7=1, а РСП7=0. Программное снятие сигнала "запрос" выполняется командой СБРОС или записью "0" в РСИ0. Запись 0 в РСП0 игнорируется. Это сделано для того, чтобы при использовании процедуры чтение-модификация-запись не сбрасывался ранее установленный сигнал "запрос".
Назначение разрядов регистра состояния источника
7 6 5 4 3 2 1 0
0 0 0
РСИ0 (зп/чт) передача сигнала запрос РСИ1 (зп/чт) запись гризнака команда РСИ2 (чт) ошибка источника РСИ6 (зп/чт) разрешение прерывания по ГтИ РСИ7 (чт) готовность источника (ГтИ)
В исходном состоянии РСИ0, РСИ1 и РСИ6 сброшены, а РСИ7=1, если в ЛС не стоит сигнал "ответ". РСИ7=0 во время передачи байта, или сигнала 'запрос", а также во время приема сигнала "ответ". Начальное состояние РСИ2 не определено, устанавливается по окончании передачи каждого байта и сохраняется до начала передачи следующего байта. РСИ1 сбрасывается после передачи байта с признаком "команда" (по записи байта в РДП или РДИ).
Интерфейс БИ 33/22 для УЧПУ НЗЗ, Н22
БИ 33/22 предназначен для замены фотоввода в УЧПУ НЗЗ и Н22. На линию связи с ПК, устанавливается в разъем фотоввода БИ 33/22 и подключается кабелем к интерфейсу В1РС-РМ, В12-РС или В12М-РС, который установлен в ПК. В интерфейсе используется тактовая частота сигналов в ЛС 625 кГц. Схема интерфейса использует только два служебных сигнала - выходной сигнал ПУСК и входной импульсный сигнал СД (строб данных). Правила распайки кабелей в разъемах приведены в работе '4].
На интерфейсе БИЗЗ/22 установлены светодиоды для индикации сигнала из УЧПУ ПУСК (красный) и сигнала ответ, передаваемого в ЛС (зеленый).
Печатными перемычками на плате установлен режим работы с УЧПУ НЗЗ, для работы с УЧПУ Н22 эти перемычки следует удалить и запаять перемычки на параллельных контактах. Разработан вариант платы БИЗЗ/22 с одним джампером, переключающим режимы НЗЗ на Н22.
Заключение
Использование интерфейсов БИМ .1 и БИ 33/22 в течение более, чем 3-х летней эксплуатации на одном из ма-шиностроителных заводов г.Новосибирска, показало надёжность работы интерфейсов системы ДОЗА, их помехоустойчивость.Около 40 станков с УЧПУ моделей 2С42,2Р22,НЗЗ подключены к персональным компьютерам, установленным непосредственно в цехе (по 8 стан-
№ 2 (19) 2003
ОБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АСУ
ков к одному компьютеру), подключены к заводской локальной сети и управляются от центрального компьютера, установленного в отделе главного технолога.
Литература
1. Гук М. Интерфейсы ПК. - СПб: Питер, 1999.
2. Новиков Ю.В., Калашников O.A., Гуляев С.Э. Разработка устройств сопряжения. - М.: ЭКОМ , 1997.
3. Неханевич Э.Л. Применение системы передачи дан-
ных ДОЗА в условиях промышленного производства. - Препринт ИЯФ 2002-61, Новосибирск, 2002.
4. Балакин В.В., Журавлев В.А., Неханевич Э.Л. Интерфейсы системы ДОЗА для персонального компьютера. -Препринт ИЯФ 2003-2, Новосибирск, 2003.
5. Амосов С.А., Балакин В.В., Журавлев В.А., Неханевич Э.Л. Контроллер Д60 для УЧПУ 2С42 и 2Р22. - Препринт ИЯФ 2002-34, Новосибирск, 2002.
G. НПКФ "Машсервисприбор" - веб сайт www.chpu.ru.
Современные принципы автоматизации технологического оборудования на основе серверного управления ¡¡САИА-системой
В. А МИХЕЕВ, доцент, канд. техн. наук, Д. В. ЩУРОВСКИЙ, аспирант, СГАУ,
г. Самара
До середины 90-х годов автоматизированные системы управления технологическим оборудованием создавались для решения проблем, ориентированных на изделие или учитывающих специфику производства.
В настоящее время последние разработки свидетельствуют о переориентации на создание универсальных систем для решения задач, еыходящих за пределы отдельных отраслей производства.
На современном уровне техники развитие автоматизированных систем управления должно идти не по пути создания новых, производственно ориентированных систем, а по пути адаптирования для каждого конкретного случая уже имеющихся систем.
Существующие системы свидетельствуют о принципиальной возможности осуществления таких проектсв.
В автоматизированной системе управления тех-юлоги-
Операторские ПК
CAD/CAM Unigraphics Расчетные ПК
\ш\
I М\
□
Сеть Ethernet
zur
ОПУ
ОООООО «—> gfis
~ПК Sem-LabWiWR? I
AHM
1
Технолога-оператора\ g.
Сеть MODBUS
УСО
oooooo
~m ' Case-ISA GRAF ¡1
it
П/К SM ART2 I I Сеть MWBUS ^
л
Реле управления
Исполнительные цстройстба
Датчики
Децентрализованный ößaö-öbiöod
Пресс ОП-3
Рис. 1. Структура двухуровневой системы АСУ ТП
ческим оборудованием используют готовые, а также вновь разрабатываемые программные и аппаратные компоненты. Последние ориентированы на конкретное технологическое оборудование.
В этих системах, часто называемых системами промышленной автоматизации, можно выделить свои иерархические уровни (рис.1).
На верхнем (серверном) уровне осуществляется сбор и обработка данных о состоянии обоэудования и протекании технологических процессов для принятия решений о загрузке и выполнению маршрутов.
Эти функции возложены на систему диспетчерского управления и сбора данных, называемую SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition). Кроме диспетчерских функций, система SCADA выполняет роль инструментальной системы разработки ПС для промышленных систем компьютерной автоматизации.
На уровне управления технологическим оборудованием (на уровне контроллеров) выполняется запуск, тестирование, выключение, сигнализация о неисправностях, выработка управляющих воздействий для рабочих органов программно управляемого оборудования. Для этого в составе технологического оборудования используются системы управления на базе программируемых контроллеров-компьютеров, встроенных в технологическое оборудование. Поэтому системы промышленной автоматизации часто называют встроенными системами (Embedded Computing Systems).
Техническое обеспечение системы представлено персональными ЭВМ и микрокомпьютерами, распределенными по оборудованию производственного участка и связанными друг с другом с помощью промышленных шин. ПО системы представлено операционными системами, программами SCADA, драйверами и прикладными программами контроллеров.
В функции SCADA систем входит: сбор первичной информации от датчиков; хранение, обработка и визуализация данных; управление и регистрация аварийных сигналов; связь с корпоративной информационной сетью; автоматизированная разработка прикладного ПО.
SCADA-системы состоят из терминальных компонентов, диспетчерских пунктов и каналов связи. Различаются SCADA-системы типами поддерживаемых контроллеров и способами связи с ними, операционной средой, числом
№ 2 (19) 2003
