ПРОГРАММНО-АППАРАТНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ОБОРУДОВАНИЕМ С ЧПУ

Полезная модель относится к машиностроению, в частности, к области станкостроения, управлению технологическим оборудованием и может применяться в системах ЧПУ.
При реализации управления станками посредством системы ЧПУ применяются станочные панели различного исполнения, с обратной связью в виде подсветки клавиш, которая информирует об их нажатии. Однако, при пуско-наладочных, ремонтных работах, обслуживании станков или при тестировании системы ЧПУ приходится применять выносные пульты или мобильные устройства с установленными на них виртуальными аналогами станочных панелей. Виртуальная панель независимо от платформы, на которой она установлена должна полностью повторять работу станочной панели и обладать ее функциональными возможностями.
Из уровня техники известно устройство - терминал оператора, включающий взаимосвязанные между собой и смонтированные на основании корпуса лицевую панель с кнопками, заднюю панель с разъемами и дисплей с индикаторами, отличающийся тем, что лицевая панель выполнена ориентированной в вертикальном направлении с выступом по периметру и имеет расположенную вдоль зону контраста дисплея, параллельно которому размещены элементы назначения индикаторов, а перпендикулярно - зону комментариев, кнопки выполнены со скругленными углами, кнопки выполнены алфавитно-цифровыми и функциональными, кнопки расположены по обеим сторонам зоны комментариев, причем справа - многофункциональные, слева - однофункциональные, а выступ лицевой панели имеет защитную пленку (RU 28259 U1, 10.03.2003, G05B 19/00).
Недостатками известного устройства являются: панель не имеет возможности подключения к системе управления посредством стандартного асинхронного интерфейса передачи данных; это устройство не позволяет осуществить подключение и передачу управляющей информации на систему управления технологическим оборудованием; устройство не имеет возможности работы удаленно от объекта управления.
Известно также устройство - пульт управления, содержащий клавиатуру, группа выходов которой соединена с группой входов шифратора, группа выходов которого соединена с группой входов блока управления и преобразования кодов, группа выходов которого соединена с группой входов блока индикации, при этом дополнительно введен блок последовательного канала связи, первые вход и выход которого соединены с выходом и входом блока управления и преобразования кодов, соответственно, вторые вход и выход блока последовательного канала связи являются входом и выходом пульта управления (RU 2415461 C2, 27.03.2011, G06F 3/00).
Недостатками известного устройства являются: отсутствие обратной связи в виде световой индикации кнопок панели, что осложняет управление технологическими объектами; в данном способе нет возможности подключения нескольких аппаратных клавиатур и нет возможности использования виртуальных аналогов клавиатуры.
Наиболее близким техническим решением является терминальная часть системы ЧПУ, имеющая модульную архитектуру. В ее состав входят: панель оператора, станочная панель, управляющая функционалом системы ЧПУ, промышленный компьютер, реализующий терминальную задачу управления системы ЧПУ, промышленная клавиатура для ввода текстовой информации. Механизм передачи данных между станочной панелью и системой ЧПУ регламентируется протоколом обмена, который позволяет получать информацию о состоянии станочной панели в виде скан кодов кнопок, положений переключателей и маховичков, а так же позволяет устанавливать подсветку клавиш станочной панели (Специфика построения панелей управления систем ЧПУ по типу универсальных программно-аппаратных компонентов // Автоматизация и современные технологии, 2010, №7, С.34-40, с.34).
К недостаткам прототипа следует отнести то, что описанное устройство не позволяет подключать несколько станочных панелей управления к системе ЧПУ. В известном способе подключения не учитывается возможность подключения виртуальной клавиатуры, установленной на мобильном или персональном компьютере, а так же не учитывается возможность использования сети Ethernet для организации канала связи.
При подключении аппаратных панелей к системе управления посредством асинхронных интерфейсов передачи данных (например, RS-485), возникают проблемы при необходимости подключения нескольких аппаратных панелей. Это связано с тем, что промышленный компьютер с установленным ядром системы управления, к которому осуществляется подключение, должен иметь плату расширения, способную принять сигналы со всех панелей управления сразу. Максимально плата расширения имеет 4 входа, часть из которых отведена на нужды системы управления. Для подключения аппаратных панелей остается два интерфейсных входа, что является недостаточным при работе с оборудованием больших размеров и при пуско-наладочных работах.
К недостаткам аппаратной панели стоит отнести трудность изменения функционала клавиш управления, что ведет к возникновению проблем при пуско-наладочных работах, в ходе которых необходимо иметь дополнительный функционал, который можно было бы активировать мгновенно (нажатием одной клавиши). Виртуальная панель позволяет за короткий срок переназначить функционал клавиш или ввести дополнительный функционал, что сокращает время пуско-наладочных работ и снимает рутинные задачи с оператора.
В прототипе отсутствует возможность подключения нескольких аппаратных и виртуальных панелей управления, т.к. это приведет к рассогласованию работы модулей в ядре системы управления.
В прототипе отсутствуют возможность подключения виртуальных панелей по беспроводной линии связи. Данная опция необходима при осуществлении пуско-наладочных или ремонтных работ на крупногабаритном оборудовании в местах удаленных от основной панели оператора.
В рабочем режиме технологическим оборудованием целесообразно управлять от станочной панели штатного исполнения. На оборудовании больших габаритов часто применяются выносные устройства управления, к которым можно отнести виртуальную панель, установленную на базе мобильного компьютера. Так же применение виртуальной панели установленной на удаленном компьютере целесообразно при наладке или ремонте технологического оборудования, когда существует необходимость производить настройку параметров и механизмов в местах, где нет штатных органов управления. Все возможные варианты исполнения панелей для корректной работы предлагается объединить в общую сеть на базе стандарта Ethernet посредством устройства маршрутизации. Данные поступившие от органов управления различного исполнения доставляются в персональный компьютер с установленным на нем ядром системы управления, в котором предварительно обрабатываются модулем синхронизации, что позволяет избежать конфликтов при обработке информации в ядре системы управления. В конечном итоге эта полезная модель позволит сделать процесс управления технологическим оборудованием удобным для операторов-наладчиков и операторов технологического оборудования.
Таким образом, техническим результатом полезной модели является обеспечение возможности управления процессом работы технологического оборудования посредством, как станочной панели, так и виртуальной панели, установленной на компьютерах различного форм-фактора. Необходимость применения виртуальной панели, установленной на мобильных устройствах, возникает при наладке оборудования и вводе его в эксплуатацию.
Программно-аппаратный комплекс поясняется графическими материалами, где:
- на фиг.1 схематично изображен программно-аппаратный комплекс для управления технологическим оборудованием с ЧПУ;
- на фиг.2 - программно-аппаратные модули, обеспечивающие прием, обработку и передачу управляющих воздействий.
Программно-аппаратный комплекс для управления технологическим оборудованием с ЧПУ содержит (см. фиг.1): панель 1 оператора системы управления, станочную панель 2 системы управления, ядро 3 системы управления, установленное на базе персонального компьютера промышленного исполнения, мобильный компьютер 4 с установленной виртуальной панелью, персональный компьютер 5 с установленной виртуальной панелью, сетевой маршрутизатор 6.
Панель 1 оператора подключается по шине VGA компьютеру для визуального отображения процессов происходящих с объектом управления. Станочная панель 2, которая соединена с компьютером по асинхронному каналу передачи данных, и осуществляет формирование управляющих воздействий на объект управления. Ядро 3 системы управления имеет вход подключения аппаратной панели, вход подключения объекта управления (привода и контроллеры электроавтоматики), разъем для подключения к сети Ethernet. Ядро 3 системы управления содержит модуль синхронизации, на который поступают данные со станочной панели 2, персонального компьютера 5 с установленной виртуальной панелью и мобильного компьютера 4 с установленной виртуальной панелью. Модуль синхронизации осуществляет отображение управляющих воздействий в систему управления и далее на объект управления. Мобильный компьютер 4 позволяет работать в беспроводной сети стандарта WI-FI. На мобильном компьютере 4 устанавливается виртуальная панель для управления технологическим оборудованием. Персональный компьютер 5 с установленной виртуальной панелью подключается по сети Ethernet. Сетевой маршрутизатор 6 объединяет в единую сеть Ethernet как беспроводные подключения WI-FI, так и подключения посредством витой пары.
В ядро 3 системы управления входят следующие программные модули, обеспечивающие прием, обработку и передачу управляющих воздействий (фиг.2): модуль 7, осуществляющий взаимодействие по асинхронной линии передачи данных, модуль 8, осуществляющий взаимодействие по сети Ethernet, модуль 9, осуществляющий синхронизацию данных, модуль 10, обрабатывающий данные и формирующий управляющие сигналы, модуль 11, формирующий управляющие воздействия на объект управления.
После нажатия клавиши на станочной панели 2 происходит считывание нажатой клавиши контроллером панели, далее контроллером формируется сигнал физического уровня, который через модуль 7 поступает в ядро 3 системы управления, в котором осуществляется прием данного сигнала и его передача на модуль 9, в котором данные ядра 3 системы управления актуализируются. При необходимости формирования управляющего воздействия на объект управления, данное воздействие формируется в ядре 3 системы управления и передается посредством модуля 10. После окончания обработки нажатия клавиши в ядре 3 системы управления принимается решение о включении световой индикации на клавише или нет. При необходимости световой индикации, сигнал об этом от ядра 3 системы управления, по асинхронному каналу связи поступает в контроллер аппаратной панели, далее контроллер включает светодиод, отвечающий за подсветку клавиши.
При нажатии клавиши на виртуальной панели мобильного компьютера 4 или персонального компьютера 5, происходит обработка нажатия, далее посредством модуля 8 формируется пакет данных, поступающий в сеть Ethernet, посредством которой данные доставляются в ядро 3 системы управления, в котором осуществляется прием данного сигнала и его передача на модуль 9 синхронизации, в котором данные ядра системы управления актуализируются. При подаче управляющего воздействия на объект управления, данное воздействие формируется в ядре системы управления и передается посредством модуля 10. После окончания обработки нажатия клавиши в ядре системы управления принимается решение о включении световой индикации на клавише или нет. Для включения световой индикации, пакет с данными об этом передается от ядра 3 системы управления, по сети Ethernet на модуль связи мобильного компьютера 4, и далее поступают в приложение виртуальной панели, где осуществляется подсветка необходимой виртуальной клавиши.
В заявленном устройстве ядро 3 системы управления получает команды от пользователя со станочной панели 2 управления и/или виртуальных панелей мобильного компьютера 4 или персонального компьютера 5, формирует и передает на объект управления команды следующего типа:
- СТАРТ,
- СТОП,
- Аварийный останов,
- Смена режимов работы
- Команды движения.
Полезная модель позволяет:
- формировать управляющие воздействия на объект управления нажатием клавиш станочной панели 2;
- обеспечивать обратную связь с оператором, за счет индикации кнопок;
- при пуско-наладочных и ремонтных работах использовать мобильный компьютер 4 с установленной на него виртуальной панелью и формировать управляющие воздействия из любой точки в зоне действия беспроводного подключения.
Полезная модель представляет собой независимое, подключаемое практически к любой системе управления технологическим оборудованием устройство, которое выполняет функции средства связи пользователя с системой управления, позволяющее формировать управляющие воздействия, как с аппаратных панелей, так и с виртуальных панелей, установленных на компьютерах различного форм-фактора. Схема полезной модели не зависит ни от типа системы управления, ни от объекта управления, ни от реализации компьютера. Устройство подключается непосредственно к системе управления.
К промышленному компьютеру, на котором установлено ядро 3 системы управления, подсоединяется дополнительная плата для подключения панелей по асинхронному интерфейсу.
Модули, входящие в ядро 3 системы управления, реализованы программно и выполняются под управлением операционной системы реального времени.
Модуль 7 может быть реализован на базе последовательных интерфейсов передачи данных RS 232, RS 485, либо промышленных шин.
В качестве среды разработки программной части модулей используется среда разработки Microsoft Visual Studio 2010 и системные функции ядра операционной системы.
Указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном комплексе отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Однако следует отметить, что заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает в соединении синергетический (сверхсуммарный результат).
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для использования в машиностроении и может быть реализован в системах ЧПУ и контроллерах движения;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте нижеизложенной формулы, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в заявке или известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.