Программное управление

Управление сложными движениями ИО, включающими в себя цикловые, позиционные, контурные движения, выполняется устройством числового программного управления (ЧПУ). В состав современных устройств ЧПУ входят: модули связи с пользователем, средства чтения и трансляции управляющей программы, расшифровки кадров управляющих программ, интерполяции, расчета скоростей разгона и торможения, управления исполнительными механизмами.
В состав программного обеспечения (ПрО) ЧПУ входят прикладные и системные программные средства реального времени, объединенные проблемно-ориентированной базой данных.
В прикладное ПрО входят: программы обработки деталей и управления технологией, объединенные в библиотеку со своим каталогом; различные таблицы смещений, коррекций и инструментов; модули технологических расчетов, контроля, диагностирования и структурного программирования производственной среды. Прикладное ПрО направлено на решение конкретных задач, возложенных на систему ЧПУ, в пределах определенного технологического процесса. Программы обработки деталей и управления технологией объединяются в технологические управляющие программы (УП), составляющие основу прикладного ПрО. Эти программы, описывающие алгоритм функционирования оборудования при выполнении заданий пользователя, образованы упорядоченным множеством блоков — кадров, каждый из которых содержит данные, соответствующие выполнению одного технологического перехода или движению по одному из участков аппроксимации между опорными точками. В кадре содержится вся информация, необходимая для работы: длина обрабатываемого сегмента, скорость движения и его характер, команды на включение и выключение различных устройств.
Системное ПрО хранится в памяти устройства ЧПУ и организует взаимодействие прикладных программ с пользователем, устройством ЧПУ и технологическим оборудованием. Оно включает в себя операционную систему реального времени и пакет обрабатывающих программ — утилит, в которые входят программы, решающие задачи обработки прерываний и фоновые задачи обработки соответствующих массивов базы данных. Системное ПрО направлено на решение общих задач программного управления, не относящихся к конкретному технологическому процессу.
Выделяются четыре уровня программного управления:
уровень звена, на котором задаются параметры положения каждого звена в отдельности;
уровень оборудования, на котором движения описываются контуром изображающей точки в системе;
уровень объектов, на котором задание описывается в терминах перемещений и позиционирования объектов, находящихся в рабочем пространстве оборудования. Предполагается наличие модели технологической среды, предоставляющей информацию для определения нужных положений изображающей точки;
уровень целей, на котором задание описывается в обобщенной форме. Предполагается наличие не только модели технологической среды, но и сведений о технологических приемах.
Для интерпретации описанных заданий требуются адаптивные или интеллектуальные алгоритмы, использующие хранящуюся в базах данных информацию для построения оптимальной программы.
Наиболее часто применяется подготовка программ на входном языке системы с использованием клавиатуры пульта оператора. При этом текст УП заранее составляется пользователем на основании чертежей или схемы работ, а для ввода и отладки программы требуется определенное время. Технологическое оборудование в это время или не функционирует, или выполняет другую, ранее подготовленную и отлаженную программу.
Применяется также программирование обучением с использованием пульта-приставки специальной конструкции, или командное обучение, а также обучение «проводкой», или регенеративное обучение.
Важную роль в системах ЧПУ играет обработка исключительных ситуаций, т.е. ситуаций ошибки или сбоя, в которых дальнейшее выполнение программного управления недопустимо или нецелесообразно, например: арифметическое переполнение или ссылка на несуществующий элемент массива при выполнении вычислений, сбой в контроллере внешнего устройства или адаптере одной из магистралей, внешнее отключение от датчиков аварийных ситуаций.
В зависимости от категории исключительной ситуации возникновение ее должно приводить к аварийному останову исполнительных механизмов или предупредительному сообщению на пульт оператора. Программа обработки исключительных ситуаций после выполнения восстановительных операций восстанавливает управление или передает его пользователю. Принцип построения систем программного управления подробно рассмотрен далее.