ОДНОПРОЦЕССОРНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ

Однопроцессорное устройство управления
Данное техническое решение отнооится к оиотемам управления технологическим оборудованием и может быть применено на машиностроительных предприятиях, преимущественно для модернизации устройств числового программного управления (УЧПУ) находящихся в эксплуатации металлообрабатывающих станков. Системы управления технологическим оборудованием представлены, в частности, устройствами числового программного управления (УЧПУ) металлообрабатывающих станков. Различают несколько классов УЧПУ, отличающихся исполнением и функциональными возможностями. Известна система управления модели Нейрон ИЗ.611, относящаяся к классу CNC-систем (см. Система управления НЕЙРОН ИЗ.611. Техническое описание и инструкция по эксплуатации). Система управления Нейрон ИЗ.611 (далее - система) является мультипроцессорной системой модульного построения с использованием центрального процессора, выполняющего обработку данных, арифметического процессора для осуществления быстрых расчетов и дополнительного процессора для управления модулями связи с электроавтоматикой станка. Процессорные модули, модули постоянной и оперативной памяти, интерфейсные модули для связи с алфавитно-цифровой клавиатурой, пультом управления, устройством индикации и фотосчитывающим устройством объединены конструктивно в устройство управления (УУ), связанное с устройством управления следящим приводом (УУСП). Система решает в реальном времени задачи, связанные с вычислением пути, регулированием электроприводов и позиционирования, проверкой предохранительных устройств станка, индикацией размеров и диалога с оператором. Для выполнения операций, связанных с высокой скоростью, а также с необходимостью обработки большого количества данных, в системе имеется в числе процессоров арифметический процессор, который осуществляет скоростные вычисления. Центральный, дополнительный и арифметический процессоры работают одновременно в системе с разделением времени и пользуются одними и теми же устройствами памяти. Конструктивно процессоры, модули постоянной и оперативной памяти, модули управления и ввода-вывода дискретной информации и др. выполнены в виде печатных плат с радиоэлементами, устанавливаемые в устройство соединительное, которое в свою очередь вместе с элементами индикация, ручного управления и блоками питания установлено в стандартной стойке цехового исполнения.
координатных перемещений (до 5 одновременно); дискретность задания перемещений по каждой координате - 0,001 мм; максимальное перемещение по каждой координате - 9999,999 мм. Объемы памяти системы составляют: динамической оперативной - 32 Кбайт; энергонезависимой оперативной - 16 Кбайт (возможно расширение до 32 Кбайт); постоянной памяти для хранения базового программного обеспечения - 96 Кбайт. Время хранения информации в энергонезависимой статической памяти после отключения питания - 1000 ч. Базовое программное обеспечение системы реализует следующие основные функции: автодиагностику основных устройств системы; линейную, круговую и спиральную интерполяции; автоматический контроль векторной скорости на профиле с автоматическим замедлением при обработке углов; управление ускорением и торможением до достижения требуемой скорости подачи; зеркальную обработку относительно всех координатных осей; ввод коррекции длины и радиуса для 99 инструментов с максимальным значением коррекции +- 9999,999 мм; автоматический возврат в позицию после прерывания цикла; редактирование программ, записанных в память; исполнение программ с увеличенной и уменьшенной скоростью; автономное исполнение программ с рабочими скоростями; подготовку программы логического интерфейса система-станок.
Данная система управления наиболее близка к предлагаемому однопроцессорному УУ и принята за прототип.
Недостатками системы управления являются низкая надежность, обусловленная большим количеством функциональных модулей и меж соединений, а также ограниченные функциональные возможности из-за низкой производительности процессорных модулей и малых объемов памяти.
Основной задачей УУ применительно к сопряжению с УУСП является задача выдачи цифровых кодов требуемых перемещений, согласно принимаемым кодам положения исполнительных органов станка, с частотой не ниже частоты обновления состояния регистров положения по каждой из управляемых координат.
Данная задача может быть решена при однопроцессорном построении УУ и применении схемы синхронизации запросов-ответов между УУ и УУСП.
Такое построение УУ повышает его надежность за счет уменьшения числа модулей и меж соединений, а также расширяет функциональные возможности УУ за счет высвобождения вычислительных ресурсов.
/ /  /1 ( у
-3
На фиг. 1 изображена структурная схема однопроцессорного УУ, на фиг. 2 структурная схема блока синхронизации.
Однопроцессорное УУ представляет собой программно-технический комплекс, включающий в себя персональную ЭВМ-А1, блок синхронизации - А2 и специальное программное обеспечение.
Персональная ЭВМ А1 является исполнительной средой в которой функционирует специальное программное обеспечение, реализующее задачи управления приводами и исполнительными механизмами технологического оборудования. Конфигурация персональной ЭВМ определяется набором и требованиями к качеству выполнения функций управления. Например, могут меняться тип процессора, частота работы, тип монитора, объем оперативной и долговременной памяти, состав интерфейсных модулей, наличие дополнительных свободных разъемов расщирения.
Блок синхронизации персональной ЭВМ с УУСП УЧПУ представляет собой плату с радиоэлектронными компонентами, устанавливаемую в свободный разъем расширения персональной ЭВМ, и имеющую соединитель для подключения одного конца кабеля связи. Другой конец кабеля имеет соединители конструктива УУСП УЧПУ и подключается вместо кабеля связи с УУ УЧПУ.
Схема блока синхронизации включает блок адреса и шинных формирователей А2.1 обеспечивающий адресную выборку на щине персональной ЭВМ и согласование уровней сигналов по мощности, блок выходных регистров А2.2 запоминающих заданные коды перемещений и сигналы управления электроавтоматикой станка, генератор сигналов синхронизации А2.3, вырабатывающий импульсы синхронизации работы УУ и УУСП УЧПУ, блок входных регистров А2.4 служащих для запоминания кодов положения исполнительных органов станка и ответных сигналов электроавтоматики станка, блок усилителей-формирователей уровней сигналов А2.5, обеспечивающих согласование по уровню и мощности входных и выходных сигналов.
Критичным в предлагаемой струюуре УУ является время реакции системы, требование к которой может быть выражено следующим образом:
FP  FO ;(1)
где; Fp - частота работы УУ;
FO -частота обновления данных положения.
В системе управления Нейрон ИЗ.611 частота обновления данных положения FO  200 Гц. Максимальная частота работы микросхем программируемых регистров серии КР580ИК55 составляет 2 Мгц, типовой цикл чтения/записи включает 4 машинных команды. При использовании персональной ЭВМ с процессором 486DX2-66 и частотой работы шины ISA 30 Мгц, время реакции системы составит:
Тр  4Тк + 1/30 мкс;
где: Тр - время реакции системы;
Тк - среднее время выполнения машинной команды, для процессора 486DX2-66 составляет 0,5 мкс.
Тр  4хО,5+1/30  2,3 мкс; Fp  1/2,3  435000 Гц;
Таким образом требование (1) выполнено и имеется значительный запас производительности.
-4Однопроцессорное