СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЛАЗЕРОМ

Область техники, к которой относится полезная модель, представляет собой лазерную технику, т.е. устройства и их системы управления для генерирования, усиления, модуляции, демодуляции или преобразования частоты, использующие стимулированное излучение электромагнитных волн с длиной волны большей, чем длина волны в ультрафиолетовом диапазоне.
Уровень техники. Известно устройство, содержащее несущую конструкцию, лазер, лазерную головку с приводом фокусировки, оптический тракт и контуры управления. Датчик расстояния закреплен на лазерной головке и соединен через систему управления со следящим приводом (патент РФ №2218255, Установка для лазерной обработки, В23К 26/08, 2002). Система управления позволяет обрабатывать детали с поверхностями вращения второго порядка, однако не обладает универсальностью.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является устройство, содержащее магистраль, центральный процессор, постоянное запоминающее устройство, оперативное запоминающее устройство и устройство ввода-вывода. Датчики и исполнительные механизмы лазера подключены к устройству ввода-вывода, а пульт оператора подсоединен к магистрали через последовательный интерфейс (Абильситов Г.А., Гонтарь В.Г., Колпаков А.А., и др. Технологические лазеры:
Справочник: т.2. - М.: Машиностроение, 1991 г., с.19). Данная система управления обладает универсальностью, но не позволяет обрабатывать аварийные ситуации.
Раскрытие полезной модели. Сущность полезной модели выражается в использовании лазера и пульта оператора, которые связаны с общей магистралью соответственно через устройство ввода-вывода и последовательный интерфейс, а также, центрального процессора, постоянного запоминающего устройства и оперативного запоминающего устройства, соединенных с общей магистралью напрямую, и блока обработки аварийных ситуаций, состоящего из одновибратора, двух формирователей, триггера и логических элементов 2И-НЕ, 2ИЛИ-НЕ, 2ИЛИ и 3ИЛИ, при этом с общей магистралью соединен вход одновибратора и первый вход элемента 2И-НЕ, первый вход элемента 2ИЛИ-НЕ и три входа элемента 3ИЛИ, а также выход
триггера, выход первого формирователя, выход элемента 3ИЛИ и выход элемента 2ИЛИ, причем выход одновибратора соединен со вторым входом элемента 2И-НЕ, выход которого связан с входом второго формирователя и с входом триггера, второй вход которого соединен с выходом элемента 2ИЛИ-НЕ, а выход - со входом первого формирователя, при этом выход элемента 3ИЛИ связан со вторым входом элемента 2ИЛИ-НЕ и с первым входом элемента 2ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя.
Технический результат выражается в повышении эксплуатационной надежности системы управления лазером за счет автоматического выявления отказов и сбоев в работе.
Краткое описание чертежей. На фигуре 1 изображена схема системы управления лазером, на фигуре 2 - схема блока обработки аварийных ситуаций.
Устройство содержит магистраль 1, центральный процессор 2, постоянное запоминающее устройство 3 и оперативное запоминающее устройство 4, устройство ввода-вывода 5, лазер 6, пульт оператора 7 и последовательный интерфейс 8, а также блок обработки аварийных ситуаций 9, состоящий из одновибратора 10, двух формирователей 12 и 17, триггера 13 и логических элементов 2И-НЕ 11, 2ИЛИ-НЕ 16, 2ИЛИ 14 и 3ИЛИ 15, при этом с общей магистралью 1 соединен вход одновибратора 10 и первый вход элемента 2И-НЕ 11, первый вход элемента 2ИЛИ-НЕ 16 и три входа элемента 3ИЛИ 15, а также выход триггера 13, выход формирователя 13, выход элемента 3ИЛИ 15 и выход элемента 2ИЛИ 14, причем выход одновибратора 10 соединен со вторым входом элемента 2И-НЕ 11, выход которого связан с входом формирователя 12 и с входом триггер 13, второй вход которого соединен с выходом элемента 2ИЛИ-НЕ 16, а выход - со входом формирователя 17, при этом выход элемента 3ИЛИ 15 связан со вторым входом элемента 2ИЛИ-НЕ 16 и с первым входом элемента 2ИЛИ 14, второй вход которого соединен с выходом формирователя 12.
Осуществление полезной модели. Конструкция устройства в статическом состоянии содержит лазер и пульт оператора, связанные с общей магистралью соответственно через устройство ввода-вывода и последовательный интерфейс, а также, центральный процессор, постоянное запоминающее устройство и оперативное запоминающее устройство, соединенные с общей магистралью напрямую. Блок обработки аварийных ситуаций, состоит из одновибратора, двух формирователей, триггера и логических элементов 2И-НЕ, 2ИЛИ-НЕ, 2ИЛИ и 3ИЛИ, при этом с общей магистралью соединен вход одновибратора и первый вход элемента 2И-НЕ, первый
вход элемента 2ИЛИ-НЕ и три входа элемента 3ИЛИ, а также выход триггера, выход первого формирователя, выход элемента 3ИЛИ и выход элемента 2ИЛИ, причем выход одновибратора соединен со вторым входом элемента 2И-НЕ, выход которого связан с входом второго формирователя и с входом триггера, второй вход которого соединен с выходом элемента 2ИЛИ-НЕ, а выход - со входом первого формирователя, при этом выход элемента 3ИЛИ связан со вторым входом элемента 2ИЛИ-НЕ и с первым входом элемента 2ИЛИ, второй вход которого соединен с выходом второго формирователя. Реализация всех стандартных элементов и модулей известна (Абильситов Г.А., Гонтарь В.Г., Колпаков А.А., и др. Технологические лазеры: Справочник: -М.: Машиностроение, 1991 г.)
Действие устройства основано на том, что к общей магистрали 1, состоящей из линий адреса, данных и управления, подключены модули центрального процессора (ЦП) 2, постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) 3, оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) 4 и устройства ввода-вывода (УВВ) 5. ЦП 2 выполняет арифметические и логические операции над данными, выбираемыми из памяти. ПЗУ 3 предназначено для хранения управляющих команд и констант, а ОЗУ 4 -для хранения данных. УВВ 5 предназначено для ввода-вывода цифровых и аналоговых сигналов. Датчики и исполнительные механизмы лазера 6 подключены к УВВ 5. Пульт оператора 7 подсоединен к магистрали 1 через последовательный интерфейс 8. Блок обработки аварийных ситуаций 9 также подсоединен к магистрали 1. Одновибратор 10 выполняет функцию «сторожевого таймера». При нормальном функционировании система управления лазером периодически выдает контрольный сигнал «Запуск одновибратора». Этот сигнал поступает с УВВ 5 системы управления. Одновибратор 10 вырабатывает импульс длительностью порядка 15 мс. Если одновибратор 10 будет периодически запускаться через 10 мс, то на его выходе установится постоянный логический уровень «1». Это будет свидетельствовать о том, что система управления находится в рабочем состоянии, реагируя на контрольный сигнал «Запуск одновибратора». Выход одновибратора 10 соединен с первым входом элемента 2И-НЕ 11. Работа одновибратора 10 может быть заблокирована сигналом «Блокировка одновибратора», который подается на второй вход элемента 11. Этот сигнал поступает с УВВ системы управления. В случае возникновения сбоя в работе системы управления ЦП 2 «зависает» и перестает выдавать контрольные сигналы «Запуск одновибратора». Очередной запуск одновибратора 10 не происходит и вырабатываемый им импульс длительностью 15 мс заканчивается. Выходной сигнал
одновибратора 10 переходит на логический уровень «0» при этом выходной сигнал элемента 11 устанавливается на логический уровень «1». Выход элемента 11 соединен с входом формирователя 12 и тактовым входом триггера 13. Фронт выходного сигнала элемента 11 вызывает формирование сигнала «Сброс по сбою» и установку триггера 13. Формирователь 12 вырабатывает импульсный сигнал «Сброс по сбою» длительностью порядка 4 мкс, который поступает на первый вход элемента 2ИЛИ 14.
Триггер 13 предназначен для аппаратной индикации сбоя. Он может быть сброшен установкой сигнала «Сброс периферии», который поступает с выхода элемента 3ИЛИ 15 на первый вход элемента 2ИЛИ-НЕ 16. Выход триггера 13 соединен с УВВ 5 системы управления через магистраль 1 и входом формирователя 17. Сигнал «Состояние триггера сбоя» с выхода триггера 13 может быть программно считано УВВ 5 системы управления. В начале работы, сразу после аппаратного сброса, система управления анализирует состояние выхода триггера 13. Если этот триггер сброшен, то управляющая программа считает это состояние нормальным началом работы и переходит к стандартной процедуре включения лазера. Установленный триггер 13 свидетельствует о сбое в работе системы управления. В этом случае управляющая программа переходит к процедуре восстановления управления после сбоя. В случае успешного восстановления управления, триггер 13 программно сбрасывается сигналом «Сброс триггера сбоя». Этот сигнал поступает на второй вход элемента 16 с УВВ 5 системы управления через магистраль 1. Выход элемента 16 соединен с инверсным входом сброса триггера 13. Установка триггера 13 запускает формирователь 17. Сигнал «Аварийный сигнал» с выхода формирователя 17 поступает на пульт 7 системы управления и лазер 6. Этот сигнал может использоваться для выдачи визуального и звукового аварийного сигнала оператору, аварийного отключения лазера 6 и внешних технологических устройств и корректного завершения выполняемой технологической операции.
При успешном восстановлении управления после сбоя, триггер 13 программно сбрасывается, вызывая сброс всех аварийных сигналов. Если устройству управления не удается восстановиться после сбоя, то аварийные сигналы остаются в активном состоянии, что приводит к аварийному завершению работы. Для снятия аварийных сигналов необходимо произвести перезагрузку системы управления путем нажатия кнопки «Сброс» или выключением-включением питания.
Система управления автоматически формирует сигнал сброса при аварии источника питания. Сигналы «Сброс по включению питания», «Сброс по нажатию
кнопки СБРОС» и «Сброс по аварии источника питания» с выхода стандартной схемы сброса ЦП 2 поступают соответственно на первый, второй и третий входы элемента 15. Выход элемента 15 соединен с первым входом элемента 16, вторым входом элемента 14. Сигнал «Сброс периферии» с выхода элемента 15 поступает в ЦП 2 системы управления. Стандартная схема сброса ЦП 2 дополнена сбросом по сбою, которая предназначена для формирования раздельных сигналов сброса ЦП 2 и периферийных устройств ЦП 2. Сигнал «Сброс микропроцессора», который поступает с выхода элемента 14, сбрасывает только ЦП 2, а сигнал «Сброс периферии» - УВВ 5 и ЦП 2 через магистраль 1.
Таким образом, при включении питания, нажатии кнопки «Сброс» и аварии источника питания происходит одновременный сброс ЦП 2 и УВВ 5, и система переходит в режим начальной инициализации. При возникновении сбоя сбрасывается только ЦП 2, чтобы сохранить состояние управляющих сигналов после сбоя.
Таким образом повышается эксплуатационная надежность системы управления лазером за счет автоматического выявления отказов и сбоев в работе.