Allen-Bradley

Системы PCNC

Фирма Allen Bradley в составе концерна Rockwell (США) выпускает широкое семейство систем ЧПУ - от традиционной CNC-системы к системам PCNC с персональным компьютером. Система PCNC этой фирмы выполнена по схеме, приведенной на рисунке 1.2.

 

 

Рисунок 1.2 - Архитектура системы ЧПУ класса PCNC-1 фирмы ­

 

Система содержит в себе:

• специализированный промышленный компьютер с Windows NT операционной системой и возможностью разрабатывать пользовательские приложения на Visual Basic;

• PCI-одноплатный ЧПУ-компьютер, который выполняет все функции ядра, в том числе программно-реализованного контроллера электроавтоматики.

Программирование и редактирование контроллера осуществляются через общий для всей системы терминал. Программируемый контроллер имеет сетевую плату и собственную сеть.

Система ЧПУ фирмы ANDRON (Германия) относится к полному двухкомпьютерному варианту. Ее структура представлена на рисунке 1.3.

Система содержит в себе следующие модули:

· модуль терминального компьютера;

· модуль ЧПУ-компьютера;

· панель оператора и монитор;

· модули удаленных входов-выходов программируемого контроллера;

· одну или несколько групп цифровых (SERCOS) поводов подачи и главного привода.

Аппаратура системы практически полностью состоит из покупных компонентов и плат. В связи с этим фирма ANDRON не скрывает деталей аппаратной реализации.

 

Рисунок 1.3 - Система PCNC с SERCOS-Интерфейсом

 

В состав терминального компьютера входят:

· материнская плата с Celeron-процессором и интегрированными контроллерами SCSI, VGA, TFT, IDE;

· многофункциональная интерфейсная плата MFA с памятью CMOS-ROM (транспьютерный контроллер коммуникационного канала, который связывает терминальный компьютер с ЧПУ-компьютером).

Все платы установлены на пассивной ISA-шине. Предусмотрена установка дополнительных резервных плат - внутреннего модема, сетевой платы, SCSI-платы. Для специальных задач возможная установка PCI-плат.

В состав ЧПУ-компьютера входят:

· материнская плата с Celeron-процессором;

· плата MIO (Main Input-Output) поддержки коммуникационного интерфейса с терминальным компьютером (со скоростью 10 Мбит/с), а также плата интерфейса маховичка ручного перемещения;

· плата программируемого контроллера с интерфейсом InterBus-S (с циклом 4 мс для 1024 входов-выходов);

· одна или несколько плат SERCOS-интерфейса с микросхемой SERCON 410-B.

Каждый SERCOS-интерфейс обслуживает с периодичностью 0,5 мс одну из трех групп автономных приводов подачи и привод шпинделя. Приводы одной группы включены в кольцевую оптоволоконную сеть.

В платформе системы ЧПУ фирмы ANDRON аппаратный уровень расположен под операционной системой Windows NT в терминальном компьютере и под оригинальной операционной системой реального времени (ОС РВ) в ЧПУ-компьютере.

На прикладном уровне терминальный компьютер открыт для разнообразных приложений и специальных диалогов конечного пользователя. Эти приложения можно назвать САМ-приложениями. Для построения САМ-приложений предусмотрен инструментальный язык ANLOG-C, что обеспечивает доступ к функциям ядра в ЧПУ-компьютере.

Система ЧПУ фирмы BoschRexroth построена по классическому двухкомпьютерному варианту (рис. 1.4).

Терминальный компьютер имеет операционную систему Windows NT, а ЧПУ-компьютер – операционную систему UNIX. Связь операционных сред осуществляется с помощью протоколов TCP/IP, что допускает изъятое размещение терминала и работу нескольких терминалов с одним ЧПУ-компьютером. В свою очередь, ЧПУ-компьютер допускает многоканальную работу более чем с одной управляющей программой.

 

Рисунок 1.4 – Архитектура системы ЧПУ класса PCNC-2 фирмы BoschRexroth

 

Прикладное математическое обеспечение терминального компьютера и прикладное математическое обеспечение ядра в ЧПУ-компьютере окружены оболочкой с нескольких сотен интерфейсных API-функций (Application Programming Interface), которые обеспечивают конечным пользователям возможность разрабатывать собственные приложения и расширения.

В оболочку терминального компьютера включена мощная DLL-библиотека NCS (Numerical Control System) классов объектов, «покрывающая» API-функции, которая упрощает разработку новых приложений.

Фирма DeltaTau (Великобритания) разработала двухкомпьютерный вариант PCNC, в котором ЧПУ-компьютер выполнен в виде отдельной платы РМАС (Programmable Multi-Axes Controller), устанавливаемой на ISA или РСI-шине терминального персонального компьютера (рис. 1.5).

Терминальный компьютер с Windows NT операционной системой выполняет классические функции терминальной задачи и функции интерпретатора управляющих программ.

Одноплатный ЧПУ-компьютер РМАС на процессоре Motorola 56300 решает геометрические и логические задачи, выполняя функции интерполятора, контроллера управления приводами подачи и шпинделя, а также программно-реализованного контроллера электроавтоматики.

Интерполятор обеспечивает все виды интерполяции, включая сплайновую, разгон и торможение, опережающий просмотр кадров Look Ahead, а также циклическое формирование управляющих воздействий с периодом 440 мкс. Контроллер электроавтоматики, реализованный программно, работает в фоновом режиме и поддерживает параллельное управление 64 циклами электроавтоматики.

Контроллер приводов способен управлять 32 координатными осями, сгруппированными в 16 координатных систем. Он принимает сигналы позиционных датчиков обратной связи, замыкает позиционные контуры, выполняет функции ПИД-регулятора, имитирует в цифровом виде сигналы обратной связи по скорости, вырабатывает в цифровом виде широтно-импульсный сигнал для приводов подачи и аналоговый сигнал ±10 В для привода главного движения.

Входные сигналы для управления приводами и электроавтоматикой поступают в кольцевой оптоволоконный канал, который обеспечивает дистанционное управление объектами со скоростью передачи данных 125 Мбит/с. Принимающим устройством служит интеллектуальный периферийный терминал Macro-Станции (Motion and Control Ring Optical). В кольцо можно включить несколько таких терминалов.

 

 

Рисунок 1.5 – Архитектура системы ЧПУ класса PCNC фирмы DeltaTau

 

Терминал замыкает скоростные контуры восьми приводов. Он принимает в блоках ACS (Axes Coordinate System) сигналы ограничителей рабочей зоны и датчиков нулевых точек координатных систем и формирует сигналы управления двигателями любого типа (асинхронными, постоянного тока и др.). Блок Quad Amplifier обеспечивает управление четырьмя двигателями общей мощностью до 25 кВт. Другая функция периферийного терминала - управление электроавтоматикой через модули оптоизолированных входов-выходов.

Набор модулей фирмы PMAC и Macro ориентирован на построение собственных систем ЧПУ у конечных пользователей путем разработки оригинальной терминальной задачи и интерпретатора в среде промышленного персонального компьютера. Однако сами модули являются для конечного пользователя «черными ящиками» и их архитектура закрыта.

Таким образом, в архитектурных решениях лидирующие позиции занимает концепция PCNC. При этом по мере роста вычислительной мощности процессоров преимущество отдается однокомпьютерному варианту.

Как операционная система стандартом де-факто принята система Windows NT с расширением реального времени. Программируемые контроллеры реализуются программным путем в рамках единой вычислительной среды для ядра ЧПУ, а терминал системы ЧПУ используют для программирования электроавтоматики.

Периферия систем ЧПУ становится сетевой, причем все чаще единая сеть используется как для приводов подачи, так и для системы управления электроавтоматикой. Наблюдается тенденция в развитии идей открытой архитектуры, которая предоставляет конечному пользователю широкие возможности для реализации собственных функций.