CC BY
47
тий на детали трубопроводной арматуры, культура и ритмичность гальванического производства. При этом значительно снижены: производственные издержки на нанесение покрытий и практически полностью исключено негативное влияние гальванического производства на окружающую сред. Коэффициент эффективного использования суточного фонда времени гальванических линий доведен до 0,8, повышеныт эффективность производства и качество продукции, а также улучшены: условия труда основного производственного персонала.
Библиографический список
1. Дружинин В. В., Конторов Д.С. Системотехника М.: Радио и связь, 1985. 200 с.
2. Костров А. В. Основы1 информационного менеджмена: учеб. пособие. М.: Финансы: и статистика, 2001. 336 с.
M. Panchenko
Data support for quality management of special-purpose metallic coating process
The data support software for making optimal schedule of works into galvanic coating shop is offered.
Получено 12.11.2009
УДК 621.9.06-529
В. В. Николаев, студент, (4872)35-18-87, stanki@uic.tula.ru (Россия, Тула, ТулГУ)
ОБЕСПЕЧЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМ ЧПУ
Рассматриваются некоторые аспекты обеспечения надежности систем ЧПУ (числового программного управления). Приводятся правила, которые необходимо соблюдать при разработке конструкции систем ЧПУ, положения, учет которых обеспечивает функциональную надежность. Описаны аппаратный контроль, его роль в обеспечении надежности, исключении аварий и брака, а также его реализация. Рассматриваете) принцип отключаемого контроля, применяемый для скорейшей доводки принципиальных схем, обеспечение функциональной надежности и быстрого обнаружение места неисправности.
Ключевые слова: системы ЧПУ, функциональная надежность, конструкции систем ЧПУ.
Рост значения проблемы: надежности связан с некоторыми особенностями развития современной техники: во-первых, со стремлен ем к подробному планированию хода производственных процессов, которые становятся все более сложными; во-вторых, со все большим распространением
автоматизации различных процессов; в-третьих, с выполнением автоматизированными системами все более ответственных задач.
При проведении важных мероприятий с жесткой программой резко увеличивается значение безотказной работы каждого отдельного объекта.
Сложность современных и будущих технических систем, многообразие режимов работы, быстрая смена морально устаревших образцов новыми - все это обусловливает необходимость общетеоретического подхода к повышению надежности всех систем независимо от их устройства и назначения [1].
Конструктивная надежность. Надежность является важнейшей характеристикой систем ЧПУ. Директивные показатели надежности систем ЧПУ требуют 10000 - 20000 ч наработки на отказ, 3000 ч наработки на ин-дикатируемый сбой, 1000 - 2000 ч наработки на неиндикатируемый сбой при сроке службы 8 - 12 лет и трехсменной работе в цеховых условиях. Эти требования оправдані, так как часто встречаются детали, обработка которых продолжается 24 - 72 ч, и, кроме того, имеются детали с циклами обработки 500 - 1000 ч. Отказ и даже сбой системы во время обработки такой детали могут привести к ее браку и сорвать план целого завода. При этом особенно опасны неиндикатируемые сбои, так как при их возникновении обработка продолжается несмотря на потерю информации и искажение траектории, поэтому брак детали и даже авария станка неизбежны. Необходимо принятие всех возможных мер для обеспечения надежности систем ЧПУ и абсолютно недопустимо следовать «моде» и гоняться за «новинками».
При разработке конструкции систем ЧПУ надо соблюдать следующие правила.
1. Все разъемы должны быть абсолютно надежны, каждый контакт должен иметь не менее шести контактных точек и обеспечивать надежный контакт в условиях вибрации и ударов. Так как в современных системах ЧПУ используются импульсы длительностью 10-6 - 10-9 с, то потеря контакта даже на такое время недопустима. Кроме того, разъем должен выдерживать сотни стыковок за срок службы без потери своих свойств.
2. Конструкция блоков на основе печатных плат должна полностью исключать возможность ж коробления в процессе зксплуатации, что приводит к возникновению микротрещин в печатных проводниках. Поэтому желательно применение рамок или других элементов, обеспечивающих необходимую жесткость.
3. Длительные сроки службы предъявляют дополнительные требования к ремонтопригодности. Поэтому использование многослойных печатных пат и других неремот'опригодных конструкций крайне нежелательно.
4. Желательно конструктивное размещение систем ЧПУ в одном шкафу. Допустимы два шкафа: вычислитель и цифро-аналоговый преобра-
зователь (ЦАП), чо дает некоторые преимущества в унификации, так как ЦАП наиболее консервативна часть системы. Децентрализованное исполнение систем ЧПУ с «размаыванием» его узлов по станку не дает никаких существенных преимуществ, но заставляет работать блоки в условиях повышенных вибраций, температур и помех. Не следует также стремиться к чрезмерному уменьшению габаритных рамеров системы. Стоимость 1 м производственной площади примерно 9000 р. Это предел экономии от сокращения рамеров систем ЧПУ. Причем высота систем ЧПУ не лимитируется. При увеличении габаритных рам еров теряет свою остроту проблема охлаждения, в том числе герметизированных шкафов.
5. Допустимо использование только абсолютно отработанной, наиболее надежной элементной базы, так как системы ЧПУ должны не удивлять посетителей выставок, а обеспечивать выполнение производственной программы. Поэтому то, что пригодно (допустимо) для универсаьных средств вычислительной техники, может быть абсолютно непригодно для систем ЧПУ.
6. Особое внимание надо уделять помехозащищенности, т. е. конструкции блоков питания и блоков развязок, при этом коэффициент полезного действия блоков можно рассматривать как второстепенный параметр.
Достаточно нарушение любого из перечисленных принципов, чтобы система ЧПУ оказалась непригодной для промышленного использования.
Функциональная надежность. Самая рациональная реализация функции может окааться ненадежной в работе или непригодной к серийному производству, если при ее раработке не будет учтено следующее.
1. Время суммирования операндов, распространения переносов, установления логических комбинаций зависит от схемы устройства, значений сами операндов, параметров конкретных элементов (время задержек переключений), температуры окружающей среды и т. д. При благоприятном сочетании этих факторов макетные и даже опытные обрацы могут удовлетворительно работать без сбоев и отказов. При серийном же производстве выяснится, что многие системы ЧПУ неработоспособны, постоянно сбиваются, не поддаются наладке и требуют серьезных схемных и даже структурных изменений.
Это может быть следствием неблагоприятного соотношения указанных факторов, отсутствием или неправильным построением местных синхронизаторов или общей структуры синхронизирующих частот. Снижение тактовых частот ликвидирует неработоспособность из-за увеличения времени суммирования и т. п., но может привести к недопустимому ухудшению внешних, потребительских характеристик. Для их обеспечения придется изменять общую структуру устройства, т. е. серьезно перерабатывать конструкцию на этапе серийного производства.
Проще устраняются ошибки синхронизации, но обнаружить их труднее, так как они могут возникать лишь при определенных сочетаних
значений операндов и частот, к тому же неодинаковых в различных образцах. Поэтому для обеспечения надежной работы систем ЧПУ на этапе разработки необходимо просчитывать все задержки исходя из худшего случая
и, кроме того, брать двойной запас. На этапе экспериментальной отработки на макетах и опытных образцах необходимо проверить имеющийся запас во всех решающих устройствах путем плавного увеличения до частоты, при которой возникают сбои. Если экспериментально определенный запас сильно отличается от расчетного, необходимо переработать схему.
2. Структуры должны строиться таким образом, чтобы пи возникновении сбоя, неисправности или сигнала аварийной ситуации в одном месте (блоке) системы он поступал в другой исправный блок, который должен среагировать на этот сигнал и прервать дальнейшую отработку с минимальным ущербом. Недопустима ситуация, когда контролируемое устройство и устройство, реагирующее на неисправность или сбой, имеют общее оборудование. В этом случае «Ошибка в перемещении» (интерполяции, отработки) не может включить «Аварийное торможение» или «Аварийный стоп», если интерполяция и задание скорости выполнены на едином процессоре и неуправляемое перемещение невозможно остановить.
Неверным является такое построение блока технологических команд (контроллера) с циклическим обеганием входных сигналов, при котором исчезновение опросов отключает все аварийные выключатели станка. Более того, в них необходимо закладывать аппаратный контроль, который исключал бы запуск системы в работу пи отсутствии (неисправности цепей) сигналов, исключающих неуправляемые перемещения.
Таким образом, обеспечение функциональной надежности на этапе разработки и отработки систем ЧПУ является одной из важнейших задач, для решения которой необходим аппаратный контроль.
Аппаратный контроль и его роль в обеспечении функциональной надежности, исключении аварий и брака. Поскольку для функционально ненадежных схем характерно возникновение хаотических редких сбоев, для лх об нар ужени и устранения на стадии разработки необходим аппаратный контроль, т. е. контроль, осуществляемый одновременно и параллельно с обработкой информации основными блокми. В отработанных серийных системах ЧПУ аппаратный контроль (пусть в меньшем объеме) нужен на стадии отладки и испытаний для доведения каждого экземпляра до требуемого уровня, а на стадии эксплуатации - для выработки сигналов, позволяющих при возникновении сбоев или неисправностей включить аварийные режимы и исключить тем самым брак детали или аварию станка.
Диагностлческий контроль, осуществляемый последовательно с отработкой основной информации и использующий одно и то же оборудование, выполнить эти функции не может или выполняет лх с таким запазды-
ванием, что использовать его для исключени аварии или брака не представляется возможным.
Основной задачей аппаратного контроля является контроль преобразования геометрической информации с точностью до импульса на всех этапах преобразовани, выполняемых в конкретной системе ЧПУ. Общепринятым является контроль вводимой информации на «чет» или по структуре кадра и контрольному числу. Значительное распределение получили аппаратный контроль отработки информации интерполятора и контроль потери информации (переполнения) в следящих системах - ЦАП.
Переход к системам ЧПУ, реализующим четыре этапа преобразова-ни информации с одновременным повышением тактовых частот и числа промежуточных вычислений, усложнил и расширил задачи аппаратного контроля. Во-первых, возникла необходимость контроля оперативного запоминающего устройства (ОЗУ). Во-вторых, в результате работы функциональных блоков в различных системах счисления и введения коррекций сквозной контроль отработки перемещений стал невозможен (инфор-маци, введеная в систему ЧПУ, не равна отработанной) и возникла необходимость поэтапного контроля преобразования информации и передачи ее от блока к блоку.
Совместно с повышением степени интеграции элементов, а особенно с появлением специальных больших интегральных схем (спецБИС) созданы предпосылки для обнаружения места сбоя, неисправности с точностью до функционального блока и даже элемента (в спецБИСах), не подлежащего ремонту.
Реализация аппаратного контроля. Аппаратный контроль рализу-ется с помощью дополнительного оборудовани, работающего параллельно основному. Чем больше преобразований выполняет конкретная система ЧПУ, тем больше требуется устройств контроля для обеспеченя его необходимой широты. В зависимости от цели, которая ставится перед апарат-ным контролем, меняются его широта и глубна. Если ставится задача обнаружения неисправности и сбоя пи сквозной передаче информаци с целью выработки авариніх сигналов, то требуется незначительное кoлжecт-во апаратніх срдств. Если нужно точно указать место вoзнжнoвeнж сбоя (неиспавности), то объем контролирующего оборудовани возрастает.
В структуре контроля системы ЧПУ каждый этап пе°бразованя должен иметь свой блок контроля БК1 - БК4, пиципі действи которых сивно различаются. БК1 выполняет контроль вводимой информации на «чет», а при налиии ненадежных элементов может использовать мажори-тарню логику с троированем запси и считыванем информации. Кроме того, БК1 должен выполнять контроль работы ОЗУ как наиболее сложного узла.
В настоящее время в системах классов CNC (Computer numerical control) и MPST (Modular multiprocessor system) для контроля памяти всех
вжов используются коды Хэмжга с обнаружением и исправлением ошибок. Однако эти коды требуют для хранения контрольных разрядов до 30 % емкости ОЗУ. Кроме того, емкость ОЗУ длт храненж контрольных кодов Хэминга лжейно возрастает с увеличением емкости основного ОЗУ. Когда в ОЗУ хранжся математжеское обеспечение систем CNC, MPST и т. д., с этим, видимо, пихдися миржься.
В системах рассматриваемых классов в ОЗУ хранятся только программы обработки деталей и коррекцж, допустим, в коде ISO, который имеет запущенные комбжацж, например, 00000000 - «Пусто» и 11111111 - «Забой». На этом основан принци действж контроля ОЗУ с обходом не-исплных ячеек. При запси записанное число считывается и сравнивается с числом на входе. Если числа одинаковы, то все верно, тогда изменяется адрс и осуществляется запсь следующего числа. Если коды не совпали, в эту ячейку запсывается «Пусто» и вновь повторяется сравнение; если коды сравнились, то переходят к следующему адресу; если не сравнжись, то записывают «Забой» и вновь производят сравнение. Если коды сравнжись, то переходят к следующему адресу. Если же не сравнжись, это значит, что в ячейке имеется двойная неисправность, т. к. в один разряд нельзя запсать «ноль», а в другой - «единицу», и необходим ремонт.
При налжии любой оджарной неиспавности в ячейке остается код «Забой» жи «Пусто», который пи cчнывaнии блокжует сжхроимпульс, и эти ячейки посто выпадают. Если же сбой (неиспавность) возник после записи, то он определяется траджионно при контроле на «чет». Такое устройство позволяет спокойно работать пи налжи в ОЗУ большого числа неисправных ячеек, и его объем не зависи от емкости контролируемого ОЗУ. Кроме того, оно при ремонте автоматжески указывает место неисправных ячеек.
Блок БК2 должен контролжовать перевод 10 ^ 2, вычисление и суммжование поправок. Контроль суммированж поправок удобнее всего строить по mod 3. Контроль вычисления эквидистантных попавок можно выполнять по сумме координат базовых точек.
Блок БКЗ должен контролировать отработку введенной информации. Используется традиционный прием суммжования по модулю пираще-нж, подлежапщх отработке, с последующим подсчетом импульсов унитарных кодов этих пиращеи счетчиком и сравнением остатков.
В блоке БК4 для контроля используется пишціп предельного отклонения отработанной информацж от заданной (напимер, предельная погрешность по положению жи по скорости). Наличие в системе развитых блоков аппаратного контроля позволяет не только быстро обнаружиать место и пжжу неиспавности жи сбоя в серийной системе, но и, чго значительно важнее, на небольшом числе опытных образцов выявить основные «тонкие» места возникновения сбоев и их лжвжировать, т. е. быстро добиваться функциональной надежности схем. В потжном
случае это постепенно приходится выполнять в процессе серийного производства и эксплуатации, что требует много времени и средств. Для массовых систем ЧПУ средней стоимости целесообразно разрабатывать блок аппаратного контроля многих параметров, который используется в процессе разработки, а серийные системы: комплектовать более простым блоком с меньшим числом параметров контроля.
Принцип отключаемого контроля. Для скорейшей доводки принципиальных схем, обеспечения функциональной надежности и быстрого обнаружения места неисправности желательно контролировать возможно большее число режимов, параметров устройств, особенно в тех случаях, когда речь идет о системах ЧПУ для ответственных и дороги специальных станков, простои которых ставя под угрозу срыв плана завода.
В этих случаях расходы: на контролирующее оборудование окупаются. Но усложнение этого оборудования (хотя оно редко достигает 5 %) при отказе создает ситуацию, при которой основное оборудование исправно и может продолжать обработку, а неисправность контрольного оборудования блокирует работу. В ряде случаев выгоднее закончить обработку детали, а ремонт системы: ЧПУ провести во время смены1 заготовки. Поэтому рационально использовать отключение контроля параметра при неисправности контролирующего оборудования. Это достигается введением соответствующих копок или кодов напрямую или через шифратор (чгобы1 сократить их число), блокирующих сигнал «Параметр неверно», поступающий в схему управления, но не блокирующий индикацию. Это исключает влияние отказов схем аппаратного контроля на надежность систем ЧПУ [2].
Библиографический список
1. Дружинин Г. В. Надежность автоматизированных систем. 3-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1977. 536 с.
2. Кошкин В. Л. Аппаратные системы: числового программного управления. М.: Машиностроение, 1989. 248 с.
V. Nikolaev
Ensuring reliability of NCS
The role of hardware check is described for supply of reliability, prevention of breakdown and defective goods. Also hardware check implementation is described. The review cut off management, applying for faster final adjustments circuit, guaranteeing for functional reliability and rapidly detecting fault-location has made.
Получено 12.11.09
