27 февраля 2016г.
Применение станков с числовым программным управлением (ЧПУ) позволяет обрабатывать детали со сложной геометрией с высокой производительностью. Функции систем числового управления не исчерпываются только лишь выполнением основных операций обработки по заданным управляющим программам. На современных станках автоматизированы и вспомогательные операции, называемые операциями технологического перехода. Для этого используются специальное устройство – программируемый логический контроллер (ПЛК), ориентированный на работу в режиме реального времени. Ему делегированы полномочия по управлению системой цикловой электроавтоматики (СЦЭА) станка. Развитие технологий в области ПЛК привело к появлению программно-реализованных контроллеров типа SoftPLC, получивших широкое применение в системах ЧПУ [2].
Рассмотрим структурную модель системы ЧПУ (Рисунок 1), в которой в качестве базовой платформы для организации управления электроавтоматикой используется SoftPLC-контроллер. Центральным компонентом модели является машина реального времени (МРВ) – персональный компьютер промышленного исполнения с предустановленной операционной системой реального времени и ядром системы числового управления. Контроллер электроавтоматики реализован в виде модуля, входящего в состав программного обеспечения системы ЧПУ. Он осуществляет как управление автономными подсистемами станка (например, станцией охлаждения), так и обработку команд оператора (содержащихся в кадре управляющей программы, либо вводимых вручную), передаваемых по интерфейсу «ЧПУ–ПЛК».
Сервисный инструментарий «FBViewer» для разработки прикладного программного обеспечения и конфигурирования аппаратных средств реализован в виде терминального клиента системы ЧПУ. Разработанные программы электроавтоматики могут быть сохранены в формате функционального блока (ФБ), доступного для повторного применения в обозримом будущем. Загруженная в
контроллер управляющая программа выполняется циклически с заданным периодом.
Для сбора данных с датчиков и выдачи управляющего воздействия управления используются модули распределенного ввода/вывода [1]. Это пассивные устройства, не предназначенные для алгоритмической обработки данных. Номенклатура таких модулей различных производителей (например, Beckhoff, Phoenix Contact, Vipa и других) весьма разнообразна как по типу обрабатываемых сигналов, так и по количеству каналов обработки.
Для передачи данных от модулей ввода/вывода к SoftPLC и обратно используется внутренняя память контроллера, являющаяся разделяемым
ресурсом. Обновление данных в
ней
осуществляется
в отдельном цикле с более высокой частотой, чем цикл работы программно-реализованного контроллера. Пакеты данных формируются драйвером полевых шин в соответствии с коммуникационным протоколом (EtherCAT, SERCOS, Modbus и другими), поддерживаемым аппаратными модулями.
Распределение адресного пространства разделяемой памяти системы ЧПУ осуществляется индивидуально для конкретного набора модулей ввода/вывода. Ему в соответствие выполняется расчет параметров конфигурирования, на основе которых текущее состояние входных каналов проецируются из
физической памяти аппаратных средств в разделяемую память контроллера, а командные значения передаются на выходные каналы аппаратных модулей.
Сопоставление логического адреса
в программе электроавтоматики и физического адреса аппаратных модулей осуществляется на основе расчета
параметров конфигурирования, которые идентифицируют каждый канал ввода/вывода в общем массиве передаваемых данных. Расчет осуществляется в 4 шага (Рисунок 2Рис.2):
1) инициализация связи между вычислительными устройствами (модуль коммуникации системы ЧПУ выполняет сканирования шины данных и первоначальную идентификацию подключенных модулей на основе кода производителя «Vendor ID» и модели устройства «Device ID»;
2)
определение объема данных 𝑺𝑺для каждого подключенного слота. На основе этих значений составляют матрицу аппаратных средств, где каждая ячейка описывает слот – минимально доступную аппаратную единицу, а строка матрицы описывает модуль – функционально законченное устройство, представляющее из себя совокупность коммуникационного модуля и слотов на базе одного из стандартных протоколов связи
1) Присвоение каждому слоту логического адреса, используемого при разработке программ, в соответствии со стандартным форматом:
· Ix.y – бит Y байта X области входных переменных;
· Qx.y – бит Y байта X области выходных переменных;
· IBx – байт X области входных переменных;
· QBx – байт X области выходных переменных.
Набор рассчитанных параметров записывается в XML-файл, служащий «адресной картой» для коммуникационного драйвера, обеспечивающего синхронизацию данных, так как на его основе математическое обеспечение контроллера электроавтоматики получает логический адрес в разделяемой памяти для каждого модуля ввода/вывода.
Таким образом, включение в состав системы числового управления технологическим оборудованием программно-реализованного контроллера позволяет перенести функции исполнения пользовательской программы электроавтоматики с уровня внешнего
аппаратного контроллера на уровень системы ЧПУ. Такой шаг предоставляет возможность определять номенклатуру и состав модулей ввода/вывода
на базе различных критериев (стоимости и сроков поставки, практического опыта, возможности использования уже имеющегося оборудования) без изменения программного кода.
Список литературы
1. Нежметдинов Р.А., Кулиев А.У., Николушкин А.Ю., Червоннова Н.Ю. Управление электроавтоматикой токарный и токарно-фрезерных станков на базе Soft PLC // Автоматизация в промышленности, №4, 2014. с. 49-51.
2. Сосонкин В.Л., Мартинов Г.М. Системы числового программного управления: Учеб. пособие. - М.: Логос, 2005. - 296 с.
