Меню

Программное управление и его системы в промышленном производстве

Системы программного управления промышленным оборудованием

Системы программного управления производственными установками (АСУТП)

Назначение и общая структура

Системы программного управления (СПУ) – это АСУТП, которые обеспечивают управление технологическими объектами по заранее подготовленной и введенной в УВМ на специальном программоносителе программе. Первичные программоносители, с которых программы вводятся в СПУ, – это электронные ОЗУ УВМ и магнитные диски (дискеты). Основу СПУ составляют УВМ различной сложности на базе микропроцессорных систем: микроконтроллеры, программируемые контроллеры и промышленные компьютеры.

Наиболее сложные СПУ в машиностроении имеют четырехступенчатую иерархическую структуру (см. рис. 7.1) и совместно с управляемым технологическим комплексом и управляющими структурами САПР составляют гибкую производственную систему (ГПС), выходящую за рамки АСУТП. Целью ГПС является ведение техпроцесса по безлюдной технологии, т.е. предполагается, что ГПС позволяет вести техпроцесс в течение рабочей смены или нескольких смен без вмешательства технологического персонала и работников ремонтно-наладочных служб. В состав ГПС обычно входят следующие подсистемы (см. рис.7.1).

Подсистема планирования, составляющая совместно с САПР и АСТПП верхний уровень управления. Ее назначением является планирование сменно-суточных заданий, подготовка проектной документации и материально-технического снабжения, включая поставку сырья, материалов, инструмента и пр.

Подсистема диспетчеризации, которая обеспечивает оперативное управление технологическим комплексом, порядок выполнения производственной программы (верхний уровень АСУТП).

Транспортно-накопительная подсистема, включающая в себя автоматизированный склад и устройства для укладки, временного накопления, разгрузки и доставки обрабатываемых изделий, инструмента и технологической оснастки.

Гибкие производственные модули (ГПМ), оснащенные устройствами ЧПУ (УЧПУ). ГПМ – это единица технологического оборудования с программным управлением, предназначенная для производства некоторого класса изделий как в составе ГПС, так и в автономном режиме (например, станки с ЧПУ).

Подсистема автоматизированного контроля, важнейшими функциями которой являются диагностика неисправностей и контроль качества продукции.

Структура оборудования, входящего в состав ГПС, показана на рис. 7.1. Высшим уровнем управления в ГПС является ЦУВМ (два промышленных компьютера, см. рис. 2.6), которая получает от АСУ предприятия технологические программы, а также месячный план работы ГПС и его корректировку. Первый компьютер реализует функции АСТПП и планирования, а второй – функции оперативного управления техпроцессом. ЦУВМ производит сменно-суточное планирование на базе полученного месячного плана с учетом фактического состояния производства (обеспеченность заготовками, инструментом, технологической информацией, выполнение предыдущего сменно-суточного задания с учетом брака и незавершенного производства). Сменно-суточное задание поступает в центральную диспетчерскую систему, которая осуществляет оперативное управление технологическим комплексом. Управление отдельными видами обработки изделий производится в рамках ГПМ (на рис.7.1 представлено N ГПМ). В состав ГПМ могут входить помимо станков с ЧПУ обрабатывающие центры, промышленные роботы, оснащенные средствами активного контроля и адаптивного управления и пр. Материальные потоки ГПС обслуживаются автоматизированным складом, связанным с ГПМ транспортными устройствами. Системы управления ГПМ, складом и транспортом являются ЛУВМ (см. рис.1.1) в составе ГПС. Обмен информацией ЦУВМ с локальными СПУ ГПМ реализуется информационной магистралью типа Ethernet или Profibus (см. §2.6).

Рис. 7.1. Структура оборудования ГПС

Локальные системы программного управления (АСУТП)

Локальные СПУ – это системы, служащие для управления отдельными ГПМ, транспортными устройствами, роботами. Основные функции локальных СПУ:

Централизованный контроль : сбор данных о технологическом объекте и о работе АСУТП с помощью разного рода датчиков и преобразователей; оценка отклонений данных от заданных значений и расчет основных параметров техпроцесса; анализ срабатывания блокировок и защит, диагностика состояния оборудования.

Регулирование техпроцесса : стабилизация параметров на заданном уровне, программное управление изменением параметров по заданному закону, автоматическая оптимизация параметров техпроцесса.

Программно-логическое управление : выполнение различных переключений по заданной программе и в зависимости от значений параметров техпроцесса, т.е. управление технологическим циклом работы оборудования.

Ввод и отображение информации : ввод данных и команд вручную с помощью клавиатуры и разного рода переключателей; оперативное отображение вводимых данных и технологической информации на дисплеях и с помощью других средств индикации.

Обмен информацией : подготовка данных и УП для передачи управляющим устройствам высшего и низшего уровней управления, выполнения протоколов обмена с рассредоточенными абонентами через последовательный интерфейс.

Локальные СПУ строятся на базе специализированных микропроцессорных устройств, выпускаемых серийно. В зависимости от характера и сложности выполняемых функций базовые управляющие устройства локальных УВМ выпускаются в двух видах:

программируемые контроллеры (ПЛК), или программируемые логические контроллеры, основным назначением которых является программно-логическое управление технологическим циклом (цикловое управление);

УЧПУ (устройства числового программного управления), или промышленные контроллеры , которые помимо программно-логического управления осуществляют сложные операции регулирования параметров, например – перемещение рабочих органов станка по заданной траектории.

При программно-логическом управлении с помощью ПЛК возможно и управление перемещением рабочих органов, но только по номерам рабочих точек в пространстве. Положения, соответствующие заданным рабочим точкам, должны быть отработаны заранее в процессе наладки. Современные ПЛК, в дополнение к основной функции управления технологическим циклом изготовления продукции, могут также осуществлять и несложное регулирование параметров техпроцесса, т.е. несложное числовое управление, но в большинстве случаев числового управления применяются УЧПУ. В состав современных УЧПУ и систем с ПЛК входит значительное количество различных микропроцессорных устройств и линий связи. Они в своей совокупности образуют информационную сеть типа Fieldbus («полевая» сеть, см. §2.6).

Источник



Программное управление и его системы в промышленном производстве

Важной характерной особенностью комплексной автоматизации является ее базирование на широком применении ЭВМ для управления как работой автоматических линий и отдельного технологического оборудования, так и производством в целом. Современная автоматизация не только освобождает человека от непосредственного и постоянного участия в производственном процессе, но и берет на себя часть функций, связанных с управлением им и контролем.

Применение ЭВМ в комплексной автоматизации реализуется через программное управление— управление режимом работы объекта (объектами) по заранее заданному алгоритму (программе).

Программное управление технологическим оборудованием и процессами охватывает управление движением машин, механизмов, транспортных средств и изменением параметров технологического процесса. Оно позволяет сочетать управление: отдельными станками, машинами и механизмами — с оптимизацией технологических параметров обработки, транспортными средствами — с оптимальной маршрутизацией, линиями — с оптимизацией планирования загрузки и т.д.

К оборудованию и системам с программным управлением относят:

• автоматические линии (АЛ);

• станки с числовым программным управлением (ЧПУ);

• автоматизированные системы управления (АСУ);

• системы автоматизированного проектирования (САПР);

• гибкие производственные системы (ГПС).

Автоматическая линия — система основного и вспомогательного оборудования, автоматически выполняющая весь процесс изготовления или переработки продукции или ее составляющих. Различают специальные автоматические линии, которые предназначены только для обработки определенных изделий, специализированные, способные производить однотипную продукцию в некотором диапазоне параметров, и универсальные, предназначенные для изготовления широкой номенклатуры однотипной продукции.

В отличие от гибких производственных систем автоматические линии не способны быстро переходить на выпуск новой продукции, поэтому их применение наиболее целесообразно в условиях крупносерийного и массового производства.

Станки с ЧПУ — разновидность технологического оборудования, снабженного микропроцессорным блоком, обеспечивающим автоматический выбор режимов и проведение последовательной обработки по определенной программе, а также по мере необходимости — изменение режимов и последовательности обработки при изменении ее программы в рамках технологических возможностей оборудования.

Программа обработки вводится в считывающее устройство станка, в котором исходные данные преобразуются в соответствующие командные импульсы, управляющие исполнительными механизмами оборудования. Как правило, станки с ЧПУ снабжаются соответствующими контрольно-измерительными приборами, позволяющими следить за процессом обработки и (в случае необходимости) его корректировать. Кроме того, современные станки с ЧПУ имеют соответствующие датчики, следящие за состоянием рабочих инструментов и исполнительных механизмов станка с целью обеспечения требуемого качества обработки (т.е. способны к самоконтролю).

Несмотря на достаточно высокую стоимость, станки с ЧПУ целесообразно применять для мелкосерийного и индивидуального производства, так как по сравнению с автоматическими линиями, работающими по одной программе, они универсальны, переналадка станков, смена программы обработки занимают считанные минуты.

Читайте также:  Сварочное оборудование пола к

Автоматизированная система управления (АСУ) — совокупность экономико-математических методов, технических средств (средств связи, устройств отображения информации

и т.д.) и организационных комплексов, обеспечивающих рациональное управление сложным объектом (процессом) в соответствии с поставленной целью.

Классическая АСУ состоит из основы и функциональной части. В основу входят информационная, техническая и экономико-математическая базы, математическое обеспечение. К функциональной части относят набор взаимосвязанных программ, автоматизирующих конкретные функции управления (оперативное планирование, финансово-бухгалтерская и маркетинговая деятельность и т.д.). «Мозг» АСУ — это система быстродействующих ЭВМ. На ЭВМ возлагаются функции информирования, справочные, советующие, а также функции контроля за протеканием производственного процесса.

Различают следующие основные типы АСУ:

• системы общезаводского управления, ориентированные на-автоматизацию функций управления предприятием (АСУП);

• системы управления технологическими процессами (АСУТП), образующие совместно с современным комплексом основных и вспомогательных агрегатов и машин автоматизированные технологические комплексы (АТК).

Основная тенденция развития автоматизированных систем — объединение локальных АСУ с целью создания интегрированных систем, в которых сочетаются автоматизация решения экономических задач и задач административного управления с автоматизацией управления технологическими процессами, проектирования изделий и технологии их изготовления.

Повышение научно-технического уровня и эффективности АСУ создало предпосылки для разработки систем более высокого класса — многоуровневых интегрированных автоматизированных систем управления (ИАСУ), включающих в себя АСУП% АСУТП и САПР.

Все компоненты ИАСУ взаимосвязаны, образуют единый
контур организационно-экономического управления, управле
ния технологическими процессами и процесса технологической
подготовки производства. Основным содержанием работ при
создании ИАСУ является согласование взаимодействия всех
видов автоматизированных систем на промышленном предприч
ятии за счет совместимости организационного, информацион
ного, технического и (или) программного обеспечения. j.

Система автоматизированного проектирования (САПР) представляет собой совокупность технических средств, программного обеспечения и работников, осуществляющих диалоговую связь с ЭВМ с целью создания (проектирования) новых объектов.

Кроме базовых ЭВМ, САПР комплектуются большим количеством периферийных устройств: ввода, отображения и редактирования символьной и графической информации; устройствами, предназначенными для автоматической подготовки и вывода технической документации; автоматизированными контрольно-диагностическими системами (тестерами), управляемыми программами САПР.

Для ввода больших объемов графической информации широко используются графические планшеты и кодировщики (сканеры), позволяющие переводить данные с рисунков и чертежей в цифровой форме в память ЭВМ.

Отображение и редактирование графической информации обычно выполняются с помощью графических дисплеев. Они позволяют представлять информацию, вводимую в ЭВМ и выводимую из нее, в виде схем, рисунков, чертежей, графиков с множеством цветовых оттенков, что улучшает восприятие, облегчает ввод сложной графической информации.

По назначению различают САПР конструкторского назначения, технологического и комбинированные.

Современные САПР отличаются высокой производительностью, наличием большого пакета прикладных программ, способностью к объединению с другими системами, портативностью и унификацией. Новейшие системы строятся по модульному принципу, что повышает гибкость их использования, улучшает адаптацию к новым задачам, облегчает поиск ошибок, делает возможным широкую стандартизацию элементов и дальнейшее расширение систем.

Практика подтверждает высокую экономическую эффективность систем автоматизированного проектирования, их позитивное влияние на повышение технического уровня производства в целом. Естественно, что большей результативностью отличаются САПР, созданные с учетом новейших достижений научно-технического прогресса в конкретной области.

Экономия от внедрения САПР образуется как при проектировании изделий (процессов), так и при их изготовлении (внедрении). Основными факторами экономии при проектировании изделий и разработке процессов являются: снижение затрат на проектирование в связи с сокращением сроков технической подготовки и ростом производительности труда проектировщиков; повышение качества проектирования в результате улучшения технико-эксплуатационных характеристик изделий, параметров процессов, уменьшения количества ошибок в технической документации.

При интеграции САПР с другими автоматизированными системами, например с АСУТП, наибольший эффект может

быть достигнут в случае использования в этих системах автоматизированных и автоматических линий, станков, установок, агрегатов и т.д.

Создание САПР — важный фактор социального прогресса, повышающий качество конечного продукта, улучшающий использование оборудования, сокращающий материальные затраты и численность персонала низкой квалификации.

Информация о гибких производственных системах (ГПС) и промышленных роботах представлена в параграфах 14.1 и 14.2 соответственно.

Источник

Тема 3.2 Системы числового программного управления промышленным оборудованием

1. Классификация СЧПУ

2. Структура систем числового программного управления

1. Система числового программного управления – комплекс устройств и оборудования, включающий в себя: УЧПУ; объект управления; электроавтоматические устройства, осуществляющие непосредственное управление узлами объекта; оснастку и инструмент; программное и математическое обеспечение; средства контроля.

УЧПУ можно классифицировать по различным признакам.

Классификация систем по особенностям структуры системы ЧПУ: контурные и комбинированные системы ЧПУ

Контурные системы ЧПУ позволяют производить обработку криволинейных поверхностей при фрезеровании, точении, шлифовании и других видах металлообработки. В этих системах программируется траектория перемещения режущего инструмента, поэтому их часто называют системами управления движением.

Комбинированные системы ЧПУпредставляют собой сочетание позиционных и контурных и называются также универсальными. Они находят применение в многооперационных станках, где требуется позиционно-контурное управление.

При обозначении модели станка с ЧПУ, оснащенного позиционной системой, к ней добавляют индекс «Ф2», оснащенного контурной системой — индекс «ФЗ» и комбинированной — индекс «Ф4». Индекс «Ф1» в обозначении модели станка свидетельствует об оснащении станка цифровой индикацией и ручным управлением.

Позиционные системы ЧПУ

Системы ЧПУ металлорежущими станками классифицируются по различным признакам. По виду рабочих движений станка системы ЧПУ могут быть разделены на позиционные, контурные и комбинированные.

Позиционные системы ЧПУ позволяют производить относительное перемещение инструмента и заготовки от одной точки (позиции) к другой.

Такое управление используется в сверлильных, расточных и других станках, на которых обработка выполняется после установки инструмента в заданной позиции.

Поскольку основной задачей для таких систем является перемещение инструмента (детали) в заданные координаты, их называют также системами координатного управления и управления положением.

2. При разработке современных универсальных УЧПУ стремятся придать этим устройствам свойства унификации, т. е. создают их на базе унифицированных узлов, которые обладают большой функциональной гибкостью. При разработке УЧПУ предусматривают более полную автоматизацию программирования, возможность встраивания УЧПУ в объект управления, который в свою очередь может встраиваться в технологический модуль или более крупный технологический комплекс, а также стыковку УЧПУ с другими УЧПУ, СЧПУ и ЭВМ более высокого ранга.

Применяемые микроЭВМ своей функциональной структурой и математическим обеспечением проблемно сориентированы на управление всевозможными технологическими объектами. В микроЭВМ организация вычислительного процесса и операции логики предусматривает осуществление обработки информации управления, передачи данных и принятия информации с объекта управления в реальном масштабе времени.

Для упрощения проблемной ориентации микроЭВМ и другие устройства архитектурно, функционально и конструктивно оформляют в виде отдельных модулей. Универсальные УЧПУ, созданные на базе микро-ЭВМ, могут включать в себя различные функциональные модули.

Микропроцессорный модуль (МП) может включать в себя основной и вспомогательный микропроцессоры, причем основной обрабатывает информацию управления и планирования, а вспомогательный работает над подготовкой информации. Например, вспомогательный микропроцессор работает в системе автоматического программирования, рассчитывает траекторию движения методом линейно-круговой интерполяции, а основной обрабатывает информацию управления всеми устройствами. В МП метод обмена информацией магистральный, а управление имеет микропрограммную организацию, поэтому МП включает в себя, как правило, самостоятельный модуль микропрограммного управления. В МП могут входить буферные регистры для удобства оперирования форматами данных. Кроме того, МП могут быть многосекционными, что дает возможность наращивать секции и оперировать любыми необходимыми форматами. Модуль устройства управления (УУ) обеспечивает организацию управления устройствами СЧПУ.

Модуль оперативной памяти (ОП) предназначен для хранения оперативной информации. В него может входить модуль стековой памяти для организации всевозможных прерываний УП («стек» от англ. слова штабель, кипа). Этот модуль предназначен для запоминания данных перед прерыванием УП. Стековые регистры запоминают содержимое счетчиков, адреса данных перед прерыванием для восстановления их в основной программе после возвращения из прерывания (данные регистры обмениваются информацией в следующем порядке: первый адрес записывается, последний считывается).

Читайте также:  Выбираем лазерный гравер по дереву

Модули постоянной памяти неперепрограммируемые в виде постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) и перепрограммируемые в виде перепрограммируемого запоминающего устройства (ППЗУ) предназначены для хранения постоянной информации.

В модулях буферной памяти хранится промежуточная информация, что дает возможность обмениваться пакетированными данными, а также обмениваться информацией с устройствами, работающими с разными скоростями.

Интерфейсные модули типа адаптера служат для связи с различными терминалами (пульт индикации, печатающее устройство, дисплей и т. д.).

Модули микроконтроллеров (МК) управляют всевозможными внешними устройствами при общем управлении центральным процессором.

Модули интервального таймера предназначены для задания временных интервалов, необходимых для согласования работающих устройств.

Модули связи с объектом управления включают в себя устройства ЦАП и АЦП и микроконтроллеры, управляющие ими, которые служат для преобразования сигналов УЧПУ и электроавтоматических устройств станка в необходимый вид; логические микроконтроллеры, которые обрабатывают команды, подаваемые на ОУ в микроконтроллере заданные логические уравнения управления рабочими органами преобразуются в сигналы, формирующие логико-временные циклы управления электроавтоматическими устройствами.

Модули операционных устройств (программные адаптеры) преобразуют информацию одного вида в информацию другого вида. Модули адаптивного управления предназначены для сбора, обработки технологической информации и организации корректирующей УП.

Структурная схема типового универсального УЧПУ показана на рисунке 38. Устройство состоит из нескольких типовых модулей.

Рисунок 38 Структурная схема типового универсального УЧПУ

Процессор (Пр) является программированным преобразователем информации и включает в себя: арифметико-логическое устройство (АЛУ), служащее для математической обработки информации и выполнения операций анализа; устройство управления (УУ) обеспечивает управление работой процессора по микропрограммному алгоритму (одноуровневая или многоуровневая организация управления).

Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) предназначено для хранения управляющих и организующих программ, управляющих программ для управления электроавтоматическими устройствами станка с помощью программируемого командоконтроллера, для хранения параметров технологического объекта и УЧПУ, массивов, обслуживающих и корректирующих программ, стандартных подпрограмм и других массивов данных. ПЗУ хранит программы стандартных циклов (процедур), УП обработки информации, стандартные микропрограммы управления различными устройствами с помощью адаптеров (адаптеры управления приводами, пультом индикации и т. д.), стандартные программы управления другими аппаратными средствами.

ППЗУслужит для записи программы логических микроконтроллеров, управляющих электроавтоматическими устройствами технологического объекта, записи УП контроллеров обращения к внешним устройствам, записи тестовых программ и т. д.

Пульт оператора (ПО)предназначен для оперативного вмешательства в работу СЧПУ, т. е. подачи команд ручного управления, назначения режимов работы, для просмотра УП, ее редактирования, контроля работы системы, диалога с УЧПУ и т.д.

К внешним устройствам (ВУ)могут относиться: системы тестового контроля, видеомониторы (устройства, включающие в себя дисплей и клавиатуру для загрузки УЧПУ командами или управляющими программами, для вызова и просмотра их), видеотерминалы, всевозможные печатающие устройства (принтеры), пульты программирования в коде ISO или в машинно-ориентированном языке, пульты программирования УП электроавтоматическими устройствами технологического оборудования, вычислительные системы автоматического программирования и ЭВМ более высокого ранга.

Таймер (Т)организует метки реального масштаба времени, необходимые для управления всеми устройствами, в том числе и объектом управления.

Интерфейс типа контроллера обмена (КО1)служит для обеспечения связи УЧПУ с внешними устройствами управления, управления обменом информацией со всеми внешними устройствами.

Связь с объектом управления и основными устройствами объекта осуществляется через стандартный интерфейс типа Q = bus, представляющий собой контроллер управления обменом информации, и магистраль обмена на 16 разрядов. Контроллер обмена с объектом управления (К02)обеспечивает управление обменом информацией между технологическим объектом и УЧПУ с помощью шин местного интерфейса (ШИ).

Многоканальные аналого-цифровые преобразователи (АЦП)служат для преобразования аналоговых сигналов, полученных от датчиков обратной связи (ЦОС), расположенных в технологическом объекте, вцифровой код УЧПУ (число каналов обусловлено числом управляемых координат).

Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП)преобразуют цифровые коды в аналоговые сигналы и выдают их на исполнительные устройства (на электроавто­матические устройства и приводы).

Узлы приема (ПК)и вывода (ВК)кодов являются как бы буферными портовыми устройствами для временного хранения информации обмена, расшифровки адресов команд и т. д.

Технологический объект (ТО)с исполнительными механизмами, электроавтоматическими устройствами (ЭУ)и измерительной системой реализует команды управления и контроль исполнения с помощью ДОС.

Источник

Классификация современных систем ЧПУ

типы стоек чпу

Системы управления и станки с числовым программным обеспечением настолько сложны, что их невозможно классифицировать по какому-то одному признаку. Основные характеристики систем ЧПУ позволяют систематизировать их следующим образом:

  • Позиционные . Здесь инструмент в соответствии с программой движется от одной точки, в которой производится необходимая операция с заготовкой, к другой, где также выполняется обработка, Во время перемещения инструмента никакие другие операции не выполняются.
  • Контурные , в которых обработка может производиться по всей траектории движения инструмента.
  • Универсальные – системы, в которых могут применяться оба принципа управления.
  • Абсолютный отсчет – местоположение подвижного механизма станка всегда определяется по расстоянию от начала координат.
  • Относительный отсчет при позиционировании осуществляется приращением дополнительного пути к координатам предыдущей точки, которая временно принимается за начало координат. Затем началом координат считается следующая достигнутая точка.
  • Разомкнутые – («открытого» типа). Перемещение исполнительных элементов производится по командам, содержащимся в программе. Информация о фактически достигнутых координатах отсутствует.
  • Замкнутого типа (закрытые). В системах этого типа координаты положения исполнительных механизмов постоянно контролируется.
  • Самонастраивающиеся («закрытые» повышенной точности). Более совершенная система, которая запоминает поступающие сведения о расхождении заданных и фактических координат исполнительного элемента, отрабатывает их, и корректирует новые команды с учетом изменившихся условий.
  • Системы 1-го поколения
  • Системы 2-го поколения
  • Системы 3-го поколения

Различные станки, оборудованные ЧПУ, могут поддерживать режимы работы с различным количеством координатных осей – от двух до пяти. Например, если при движении заготовки на фрезерном станке (3 координаты – X,Y,Z), она одновременно может поворачиваться вокруг своей оси, такой станок называют 4-координатным. Простейшие сверлильные и односуппортные токарные станки имеют две координатные оси.

Компьютер нуждается в программе

mastercam пример

В отличие от стандартного персонального компьютера, который является универсальным устройством для обработки информации и способен работать с любыми данными, представленными в цифровом виде, микропроцессор, используемый в конструкции многих станков с ЧПУ, – устройство специализированное. Он не содержит ничего лишнего, и весь набор его функций предназначен для выполнения главной задачи – контроля состояния всех исполнительных органов станка и управления их работой по специальной программе. Чтобы управлять особо сложными современными станками, применяют более производительные и многозадачные устройства – промышленные компьютеры.

Одной из самых важных характеристик, которая позволяет судить о производительности и технических возможностях станка и управляющей его работой системы, является количество «осей». Иначе говоря, – каналов взаимодействия с объектом, управляемых параметров. Однако в любом случает, независимо от того, микропроцессор какого уровня сложности и архитектуры установлен в данном управляющем контроллере, для его работы нужна предварительно подготовленная программа. В которой должны быть точно и последовательно описаны все действия механизмов станка, необходимые для изготовления или обработки требуемой детали.

  • Системные (служебные) программы, которые хранятся в ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве системы). Они обеспечивают начальный этап работы контроллера после включения, отвечают за настройку станка и всей системы, ее способность понимать команды оператора и взаимодействовать с внешними устройствами.
  • Управляющие – внешние программы. Содержат набор команд и инструкций для исполнительных органов станка. Управляющие программы (УП) в контроллер может пошагово вводить оператор, возможен ввод с внешних носителей информации, а в современных системах программы могут поступать прямо с компьютеров разработчиков ПО через компьютерную сеть предприятия.

Заменив человека, который до наступления эры станков с ЧПУ сам успешно справлялся с изготовлением нужных деталей, программируемый блок управления, он же – контроллер, должен обеспечить требуемый результат, пошагово включая и выключая механизмы передвижения стола, заготовки и инструментального магазина, меняя режимы вращения или скорость поступательного движения заготовки. В результате выполнения программы должна быть получена деталь, полностью соответствующая заданию по размерам и чистоте обработки поверхностей.

Читайте также:  Термометры сопротивления виды типы конструкции классы допуска

Компании, которые стояли у истоков разработки и производства систем CNC, на первом этапе программировали свои станки при помощи собственных, специально разработанных команд. Если бы при таком подходе на производство попали станки с ЧПУ от разных производителей, подготовка программ для их работы была бы трудно выполнимой задачей. Чтобы попытаться обеспечить программную и техническую совместимость оборудования различных брендов, язык создания программ для станков с ЧПУ был унифицирован.

Базовым управляющим кодом для подготовки программ стал набор команд, разработанный специалистами компании Electronic Industries Alliance в 60-е годы прошлого столетия. Это так называемый язык «G» и «M» кодов, который чаще называют просто G-кодом (G-code). Принятые в этом языке обозначения подготовительных и основных функций начинаются с латинской буквы «G», а обозначение дополнительных – технологических команд – с буквы «M».

«G»« и «M» коды в программах для станков с ЧПУ

G и M коды

По стандарту все команды, код которых начинается с буквы «G», предназначены для линейного или кругового передвижения рабочих органов станка, выполнения определенных последовательностей действий, функций управления инструментами, сменой параметров координат и базовой плоскости. Синтаксис команды обычно состоит из наименования G-кода, координат или адресов перемещений (X, Y, Z) и заданной скорости движения рабочего органа, обозначаемой буквой «F».

В команду может быть включен параметр, описывающий продолжительность паузы, так называемую выдержку – «P», указание о параметрах вращения шпинделя – «S», значение радиуса – «R», функцию коррекции инструмента – «D», а также параметры дуги «I», «J» и «K».

В первом примере код G01 обозначает «линейную интерполяцию» – прямолинейное перемещение с указанной скоростью (F) к заданной точке с координатами (X,Y,Z). Во втором примере указан код G02, который описывает дугообразное перемещение (круговая интерполяция). При этом код G02 соответствует перемещению в направлении вращения часовой стрелки, а его антипод G03 – против. В третьем примере содержится код команды, описывающий время задержки в миллисекундах.

Технологические команды, обозначаемые буквой «M», отвечают за включение или отключение определенных систем станка, смену инструмента, начало или окончание какой-либо специальной подпрограммы, другие вспомогательные действия.

Здесь в первом примере указана команда о начале вращения шпинделя со скоростью «S». Во втором – распоряжение о вызове указанной подпрограммы «P». Третий пример описывает команду о включении основного охлаждения (M8) при вращении шпинделя со скоростью (S) в направлении против часовой стрелки (M4).

Методы создания и структура управляющих программ

Современное оборудование позволяет создавать программы для работы станков с ЧПУ несколькими способами:

  • Написание программы вручную или в текстовом редакторе ПК. Необходимый этап в подготовке специалистов для работы на станках с ЧПУ. Подходит также как основной способ программирования на производствах, где в течение длительного времени выпускают несколько простых деталей, не прибегая к перестройке оборудования.
  • Составление и ввод программы на стойке ЧПУ. Пульт управления большинства современных систем управления содержит клавиатуру и дисплей, что позволяет программировать и просматривать виртуальную имитацию процесса обработки непосредственно на рабочем месте. Многие системы позволяют производить ввод программ в «фоновом» режиме, когда станок занят обработкой заданной детали.
  • Использование возможностей CAD-CAM систем компьютеризированной подготовки производства. Специальное программное обеспечение позволяет создать трехмерную модель детали, рассчитать и подготовить программу для ее производства. А также виртуально «изготовить» требуемую деталь, используя реальные данные о кинематике конкретного станка. Этот метод позволяет создавать управляющие программы быстро и точно, практически исключить ошибки программирования и связанную с этим порчу заготовок. Особенно высока эффективность данного способа при создании УП для изготовления особо сложных деталей.

Структурно программа в G-кодах состоит из кадров. Так называют группы команд, которые предназначены для совершения какого-либо завершенного действия. Кадры могут состоять и из одной команды. Об окончании каждого «кадра» сообщает знак перевода строки (ПС/LF). Каждая программа начинается с пустого «кадра», который состоит их знака «%», а заканчивается кодами М02 или М30, обозначающими соответственно финиш программы или окончание имевшегося в памяти информационного блока.

Указанная структура и язык подготовки программ для оборудования с ЧПУ закреплены в международных стандартах RS2740, ISO-6983-1.82, а также ГОСТ СССР 20999-83. Отечественные профильные специалисты часто используют обозначение «ИСО-7 бит», которое закрепилось за программами в G-кодах еще со времен СССР. Программисты компаний, которые разрабатывают и производят станки с ЧПУ, при подготовке программного обеспечения обязаны придерживаться требований мировых стандартов.

В некоторых случаях, когда разработчики наделяют свои системы дополнительными возможностями и некоторыми специальными функциями, могут иметь место определенные отклонения программного обеспечения от стандарта создания программ в G и M кодах. В таких случаях следует внимательно изучить документацию, которая должна быть предоставлена производителем оборудования.

Системы ЧПУ всемирно признанных лидеров отрасли

Стойка SINUMERIK

Программное обеспечение для цифровой управляющей системы SINUMERIK, которую выпускает всемирно известная корпорация SIEMENS AG, также базируется на G и M кодах, но содержит и некоторые дополнительные команды, не включенные в стандарт.

Современные полностью цифровые системы на базе платформы Sinumerik 840D используются на самых ответственных процессах обработки металлов , требующих высокой точности и быстродействия.

Стойка HEIDENHAIN

Многовариантность и гибкость программирования в G и M кодах учтена создателями программных станций и передовых систем ЧПУ HEIDENHAIN. Эта немецкая компания успешно работает в направлении модернизации устаревших станков NC за счет установки новых управляющих систем.

Универсальные программные станции от компании Heidenhaih позволяют не только создавать необходимые программы обработки на персональных компьютерах, но и тестировать ПО, подготовленное при помощи CAD-CAM систем.

Стойка FANUC

Системы управления, которые производит японская компания FANUC, известны во всем мире и используются на многих предприятиях. Очень популярны стойки ЧПУ от FANUK LTD и в России. Специалисты этой корпорации одними из первых адаптировали работу своих систем под программы в G и M кодах, и сумели организовать работу самых сложных систем строго в рамках стандарта программирования.

Распространенные стойки FANUK серии 0i рассчитаны на работу с 6-8 управляемыми осями (одновременное управление – 4 оси). Стойки серий 30i-35i позволяют производить высокоточную обработку на наивысших скоростях, и являются пока недостижимым ориентиром для многих конкурентов.

Стойка FAGOR

Успешно работает в России и странах СНГ испанская компания FAGOR AUTOMATION. Ее последние разработки, к которым относится ЧПУ FAGOR CNC 8070, полностью совместимы с персональным компьютером, имеют феноменальные возможности и могут управлять самыми сложными станками.

Возможно управление по 28 (!) интерполируемым осям (4 канала одновременно), может поддерживать по 4 шпинделя и инструментальных магазина. Создатели системы гарантируют скоростную обработку, нанометрическую точность и высочайшую чистоту обработки поверхности.

Стойка БАЛТ-СИСТЕМ

Приятно отметить, что наряду с иностранными компаниями на рынке разработки и производства систем управления для станков с ЧПУ с 1998 года успешно работает российская компания «БАЛТ-СИСТЕМ». Специалисты считают, что при модернизации устаревшего оборудования выгоднее всего устанавливать системы от «Балт-Систем», так как они в несколько раз дешевле импортных, вполне надежны и функциональны.

На российских предприятиях успешно работают и отлично себя зарекомендовали устройства ЧПУ NC-210, NC-220, NC-230. Самые сложные обрабатывающие центры и высокоскоростные многосуппортные станки могут работать под управлением стойки NC-110, которая на сегодня является лучшей в соотношении цена-качество.

Станки с ЧПУ прочно вошли в нашу жизнь и стали незаменимыми помощниками человека в производственной деятельности. Без этих систем было бы невозможно изготавливать многие, успевшие стать привычными и обыденными вещи. Причем все необходимые детали станки под управлением ЧПУ обрабатывают быстро и качественно, с недостижимой ранее точностью, а при массовом производстве – невероятно низкой себестоимостью. Дальнейшее развитие систем ЧПУ идет по пути объединения отдельных станков в производственные комплексы, удешевления процесса подготовки производства и снижения стоимости управляющих систем. Пожелаем разработчикам успеха!

Источник