Системы программного управления с управляющей вычисли­тельной машиной (УВМ) строятся как на базе использования се­рийных миии-ЭВМ и микропроцессоров, так н на базе создания спе­циализированных управляющих вычислительных машин и вы­числительных систем. В качестве примера построения системы ЧПУ с УВМ рассмотрим устройство ЧПУ типа Н55-2, предназна­ченное для автоматизированного управления многокоординатными станками [44] (буква Н означает, что управление непрерывное, т - е» контурное; первая цифра 5 означает общее число управляемых Координат; вторая цифра 5 означает число одновременно работающих

т

координат; третья цифра 2 означает, что АСУ замкнута по положе*

нию И0, в отличие от шагового электропривода, признак которого есть 1). Устройство выполнено по структуре специализированной ЭВМ с микропрограммным управлением, что позволяет обеспечить выполнение функций упранления как универсальными, так и спе - циальуыми миогокоординатными станками, выполняющими обра­ботку сложных плоскостных и объемных поверхностей.

Устройство имеет ПЗУ объемом 2048 76-разрядных слов и ОЗУ объемом 128 26-разрядных слов, имеющих время обращения 1 мкс н время выборки не более 0,4 мкс. Устройство обеспечивает: 1) ввод данных с восьмидорожечной перфоленты в коде ISO с помощью реверсивного фотовоспроизводящего устройства типа «Кон­сул»; 2) ввод числовой информации с 35 блоков програшшых пе­реключателей, расположенных на пульте коррекции; 3) ввод с пульта оператора различной информации (9 режимов работы, 11 ступеней коррекции подачи, 20 адресов ячеек памяти) и вывод на табло цифровой индикации номера кадра, номера инструмента, геометрической информации и т. д.; 4) прием информации в двоич­ном коде от станка (до 65 независимых каналов) и вывод информации (до 40 независимых каналов), а также трех 24-разрядных чисел и одного 8-разрядного.

АСУ ЭП обеспечивает работу с ДОС (типа вращающе­гося трансформатора илн иидуктосина) в режиме контурной обработки и специальных режимах позиционирования — выход в запрограммированную точку позиционирования или в исходное базовое состояние по ДОС или по специальному точному датчику.

Элементная база устройства ЧПУ Н55-2 интегральные микро­схемы серий 1(141, К155. Потребляемая мощность — не более 2,5 кВ *А.

Устройство типа Н55-2Л, которое будет рассмотрено ниже, является одной из модификаций устройства Н55-2, имеет допол­нительно связь с ЭВМ верхнего ранга н может управлять как электроприводами подач, так и цикловой автоматикой станка, включая поиск и смей у инструмента, изменение скорости шпин­деля, осуществление различных блокировок и т. д.

В отличие от традиционных устройств ЧПУ устройство Н55-2Л является программно-перестраиваемым, у которого изменение цикла работы осуществляется за счет замены блока памяти микрокоманд. Эта замена позволяет сравнительно легко создавать большое число различных модификаций устройства для управления различными станками, практически не изменяя конструкцию н схему устрой­ства ЧПУ. В этом отношении устройство ЧПУ типа Н55-2Л весьма 6-ій з ко стоит к универсальным системам ЧПУ класса CNC.

Структурная схема устройства Н55-2Л представлена на рис.7-26. Задачей устройства является обработка принятой с перфоленты информации н выдача иа ИО станка как непрерывных, так и ди­скретных управляющих сигналов по алгоритмам, находящимся в памяти микрокоманд.

Информация о кадре, воспроизведенная фотовоспроизводящим устройством (ФВУ) с перфоленты, поступает в устройство всода программы (УВП), а затем по алгоритму ввода заполняет буферную часть ОЗУ. Одновременно с выполнением алгоритма ввода произ­водится отработка предыдущего кадра по алгоритму линейной нлн круговой интерполяции с помощью арифметико-логического устройства (АЛУ). При этом информация о перемещении исполни­тельных органов станка по осям координат X, Y и т. д. в унитарном коде поступает в блок управления приводами (ВУП), а информа­ция о технологических командах — через блок технологических команд (ВТК) на И О станка.

После окончания отработки данного кадра и при условии, что закончен ввод следующего кадра, производится передача дан­ных из буферной в рабочую часть ОЗУ с необходимыми преобра­зованиями, после чего начинается отработка нового кадра и ввод следующего. С пульта оператора (ПО) может быть осуществлена коррекция программы, а также индикация текущей информации.

Все алгоритмы ВЛУ хранятся в устройстве памяти микро­команд (УПМК), откуда они в необходимой последовательности выбираются по командам устройства управления (УУ). Микро­команда, структура которой приведена на рис. 7-27, разбита иа поля и подпол я, занимающие определенное число разрядов, ко­торые управляют следующими устройствами: АЛУ, ОЗУ, регист­ром адреса микрокоманд (РАМ), триггерами признаков и условий (ТПУ), счетчиком модификаций (СчЛІ), ПО, УВП, ВУП, ВТІС, кодовыми шинами числа (КШЧ), генератором тактовых импульсов (ГГ//).

Микрокоманда из УПМК выбираются в последовательности, задаваемой РАМ. При этом соответствующие поля микрокоманды начнут выбирать из ОЗУ необходимые числа, направлять их в АЛ У, производить с ними необходимые операции с помощью сумматора и направлять их либо в КШЧ, либо опять в сумматор, если это необходимо по результатам операции. Затем эти числа по КШЧ направляются либо в ОЗУ, либо на ВТК, БУП. В текущей микро­команде задается адрес следующей микрокоманды в зависимости от результатов операции в АЛ У, от состояний ТПУ и органов упра­вления на ПО. Для осуществления всех этих операций в одиой микрокоманде ГТИ выдает серию импульсов, причем длительность каждого составляет доли микросекунды, в то время как вся микро­команда выполняется за 1—2 мкс,

Весь комплекс функций, выполняемый устройством Н55-2Л, осуществляется под действием комплекса алгоритмов так назы­ваемого функционального математического обеспечения (ФМО), хранящегося в УПМК. В основное ФМО входят следующие алго­ритмы: линейной и линейно-круговой интерполяции; разгона и за­медления; ввода информации с перфоленты или по каналу связи с ЭВМ верхнего ранга в буферную часть ОЗУ; расчета проекций смещения эквидистантного контура; передачи информации из бу­ферной части ОЗУ в рабочую; поддержания постоянства контурной скорости; индикации информации; программы-диспетчера.

В зависимости от особенностей объекта управления перечислен­ный комплекс алгоритмов может дополняться. В устройство Н55-2Л введены дополнительные следующие алгоритмы: поиска и смены инструмента; нарезания резьбы; управления скоростью шпинделя; связи с ЭВА1 верхнего ранга; управления перегрузкой инструмента из промежуточного гнезда автооператора в магазин инструмен­тов; управления загрузкой н выгрузкой заготовки. Последние три алгоритма используются при управлении станками, входящими в состав автоматических линий, управляемых от ЭВМ.

Необходимый порядок выполнения алгоритмов осуществляется программой-диспетчером, которая организует работу всех устройств в соответствии с режимом работы, задаваемым с ПО. Основной функцией программы-дпспетчера является обеспечение работы всех устройств в режиме разделения времени, что позволяет совмещать отработку данного кадра с вводом следующего кадра, с расчетом проекций эквидистантного контура и другими вспомогательными вычислениями. Кроме того, во время отработки кадра может осу­ществляться поиск гнезда с инструментом для последующей опера­ции илн его возврат в старое гнездо.

Для организации режима разделения времеин программа-дис­петчер анализирует заявки на выполнение различных алгоритмов и обеспечивает тех исполнение по приоритету. Заявкой на цнкл иитерлоляцюи является импульс переполнения цифрового интегра­тора, называемого также интегратором подачи. Эта заявка обслу­живается сразу же после ее появлення. Цифровой интегратор орга -

нйзуется программным путем, для чего под него отводятся ячейки ОЗУ U и V. В ячейке V хранится число, соответствующее значе­нию скорости подачи. Это число периодически с тактовой часто­той fr = 80 кГц суммируется с числом, находящимся в ячейке U. Результат каждого суммирования снова записывается в ячейку U. Первоначальное значенне числа в ячейке V равно нулю, а при пе­реполнении цифрового интегратора в нее заносится содержимое сумматора, оставшееся после переполнения. Частота импульсов переполнения цифрового интегратора пропорциональна скорости иодачи. Под циклом интерполяции понимается последовательность операций, необходимых для выработки одного импульса перемеще­ния по всем заданным в данном кадре координатам.

Операция сложения содержимого ячеек U и V производится в АЛУ. Однако, если бы выработка импульсов переполнения циф­рового интегратора осуществлялась только таким путем, как опи­сано выше, то АДУ было бы занято только выполнением этой опера­ции и его нельзя было бы использовать для реализации вычислен ннй, необходимых для выполнения других алгоритмов. Поэтому в программе-диспетчере заложен принцип прогнозирования момента появления следующей заявки на интерполяцию. Для этого длитель­ность циклов всех алгоритмов выбирается таким образом, чтобы выполнялось равенство

ta = kjflt

где k — число последовательных сложений в цифровом интеграторе за время tu цикла алгоритма.

Таким образом, цикл каждого алгоритма характеризуется своим числом k.

При появлении заявки программа-диспетчер анализирует воз­можность выполнения ее до начала следующего цикла интерполя­ции. Для этого программа-диспетчер проверяет: происходит ли переполнение цифрового интегратора при суммировании числа в ячейке и слагаемого k, характеризующего цикл алгоритма. Если переполнения нет, то к содержимому ячейки U добавляется ве­личина k и выполняется цикл алгоритма, после чего снова анали­зируется наличие заявок. Если же выработался импульс переполне­ния, то данная заявка не обслуживается, в ячейке U сохраняется ее прежнее содержимое. Далее анализируется возможность вы­полнения других заявок, требующих меньшего времени на свое выполнение. Значения временных интервалов, необходимых для выполнения различных циклов алгоритмов, хранятся в памяти.

Таким образом, когда программа-диспетчер передает управле­ние различным алгоритмам, она не включает АЛУ в режим цифро­вого интегратора, оставляя его свободным для выполнения расчетов алгоритмов. Если же программа-диспетчер после оценки времени, оставшегося до следующего импульса переполнения, получит ответ, что за оставшееся время невозможно выполнить ни одии из алго­ритмов, дожидающихся очереди на исполнение, она вновь включает

АЛУ в режим цифрового интегратора. При этом, поскольку в ячей­ке U уже накопилась информация о суммарном времени выполнения алгоритмов, которые были обслужены АЛУ, импульс переполне­ния выйдет точно в тот момент времени, когда он должен появиться, если бы АЛУ постоянно работало в режиме цифрового интегратора.