Тенденции в развитието на ЦПУ

ПОДОБНИ СТАТИИ

Изпълнителни механизми за роботи

Генератори за кислород и азот

Избор на вертикален обработващ център

Измерване на височината на детайли

Съображения при механичната обработка на никелови сплави

Налице е изравняване на възможностите и характеристиките
на управленията

Управлението на металорежещите машини е сред динамично развиващите се области на автоматизацията и основна предпоставка за усъвършенстване на работата и възможностите им. Поради високата специфичност на машинната автоматизация, необходимостта от значителни финансови ресурси за развой на продуктите и техническо ноу-хау, компаниите, диктуващи световните тенденции в цифрово-програмните управления се броят на пръстите на двете ръце. Ако говорим за европейски мащаб, цифрата не е по-голяма от пет. И въпреки че според мнението на техни представители, компаниите имат негласни споразумения за посоката и темпа, с които се развива браншът, между тях е налице силна конкуренция. Именно тя е мощен инструмент за непрекъснато развитие и усъвършенстване на управленията за машини.

Всеки от големите в бизнеса с ЦПУ е наясно, че техническото изоставане означава постепенно свиване на пазарния дял, а запознати с пазарните битки знаят колко трудно и енергоемко е повторното му отвоюване. България е сред страните, в които на пазара наред с водещи чуждестранни компании в областта на цифрово-програмните управления оперират и няколко родни производители. И фактът, че тези фирми показват стабилно пазарно присъствие и развитие през последните години, показва, че в страната има специалисти, способни да се заемат с нелеката задача да разработят хардуерно и софтуерно едно цифрово-програмно управление.

Какво е управлението
на бъдещето?

Едва ли има машинен инженер, който не би искал да знае как ще изглежда цифрово-програмното управление на бъдещето. А независимо от различията и противоречащите пазарни интереси между компаниите-производители, има всички предпоставки да се твърди, че съществува тенденция към изравняване възможностите и характеристиките на най-новите ЦПУ. В статията ще се опитаме да хвърлим повече светлина върху вида и възможностите на цифрово-програмните управления, с които вероятно инженерите ще работят в недалечно бъдеще. Специалистите твърдят, че всички компоненти на най-новите ЦПУ ще бъдат свързани помежду си чрез опростен цифров интерфейс. Управляващите елементи - чрез високоскоростен комуникационен интерфейс HSCI (High-Speed Communications Interface) на базата на протокол за бърз Етернет в реално време (Fast Ethernet). Ще отворим скоба, за да поясним, че наименованието Ethernet обединява разнообразна фамилия от компютърни мрежови технологии за изграждане на локални мрежи. Ethernet произлиза от думата “ether” (етер), с която древните хора са наричали въображаемата среда, запълваща пространството между Земята и Слънцето, която пренася светлината. И още малко исторически подробности - Ethernet е разработен през 1973 - 1975 г., но навлиза масово в началото на 90-те години на миналия век. Стандартизиран е с IEEE 802.3. От своя страна, Fast Ethernet, за който става дума, представлява усъвършенствана технология със скорост на предаване 100 Mbit/s, за разлика от 10 Mbit/s на конвенционалния Ethernet.

Енкодерите
в най-новите ЦПУ-та

се свързват чрез двупосочен интерфейс EnDat 2.2 (EncoderData). Основните предимства на новите ЦПУ са висока шумозащитеност, възможност за диагностика и голяма работоспособност на цялата система. Продуктите, за които говорим, все още са на етап разработка. Нека направим още едно уточнение - когато говорим за цифрово-програмно управление на бъдещето, имаме предвид модели, все още на проектен етап.

На фигурата е показана архитектура на най-новите цифрово-програмни управления. В днешните модели главният компютър MC (Main Computer) и секцията на контролера CC (Controller Computer) са поместени в специален шкаф. Операторският панел включва единствено екран и клавиатура. Компонентите на операторския панел са свързани с главния компютър MC чрез отделни кабели.

В новите модели ЦПУ главният компютър MC се намира зад екрана. Специалният шкаф съдържа само секцията на контролера CC. Двете устройства MC и CC са свързани с кабел за Етернет в реално време, чрез специфично

100BaseT
устройство

от Етернет физически слой, който обхваща няколко интерфейса за физическата среда и съответните скорости на обмен. Самият физически слой е най-ниският от общо петслойната структура на модела TCP/IP. Например, във физическия слой се намират още и RS232, ISDN, модемите и др. От своя страна, 100BaseT е общо означение за кой да е от трите стандарта за 100 Mbit/s Етернет, реализиран чрез кабел усукана двойка с дължина до 100 метра. Включва 100Base-TX, 100Base-T4 и 100Base-T2, като и трите имат звездообразна топология.

Следователно, би могло да се твърди, че най-новите цифрово-програмните управления вече са с изцяло цифровизиран дизайн - от главния компютър до енкодера.

Предимства
на новия дизайн

са опростено опроводяване, улеснено съвместяване и идентификация на устройствата, широки възможности за диагностика, отлична шумозащитеност. Към серийната магистрала могат да бъдат свързани до 8 контролера CC с до 32 оси, както и външни входно/изходни модули. В бъдещите версии ще бъде възможно да се добавят допълнителни компоненти, като операторски панел на машината. Мрежовата връзка изисква физически Етернет интерфейс.

Благодарение на оптималната синхронизация на протокола, джитерът на предаване е само няколко наносекунди, поради което не се появяват “конфликти” по време на обмена на информация. Джитерът представлява вид цифрова грешка, която би могла да се изрази като промяна на някои от параметрите на цифровия сигнал - амплитуда, фаза, ширина или позиция на импулса.

От своя страна,

интерфейсът
EnDat 2.2

също предлага серия от предимства за енкодерите. Опростената конструкция на енкодерите осигурява висока разрешаваща способност на измервателните сигнали. По тази причина отпада необходимостта от предаване на допълнителните инкрементални (нарастващи постепенно) сигнали. Благодарение на изцяло цифровото предаване, са необходими обикновени ширмовани кабели с няколко жила. Това означава, че свързващите елементи също са по-малки. Те могат да бъдат монтирани много по-лесно, а намалените диаметри на кабелите позволяват по-голям радиус на огъване.

Освен стойностите за позицията, интерфейсът EnDat 2.2 предава допълнителна информация, например температура на двигателя, без за това да са необходими отделни линии.

Друго предимство на интерфейса EnDat 2.2 е увеличената шумозащитеност. Изцяло цифровото предаване на стойностите за позицията е определящо за увеличената шумозащита. Електромагнитното въздействие върху кабела между енкодера и управлението не влияе на точността на позициониране.

Сред характеристиките на интерфейса е и

по-елементарното съвместяване

Енкодерите с EnDat 2.2 интерфейс имат електронен етикет за идентификация, което е важно изискване за опростено разпознаване. Цялата важна информация е заредена в самия енкодер и може да бъде получена чрез интерфейса EnDat 2.2. Тази информация включва типа на енкодера (линеен/ъглов, еднооборотен/многооборотен и пр.), периоди на сигнала, стойности на позицията за оборот, формат на предаване стойностите на позицията, посока на въртене, максимална скорост, точност, зависеща от скоростта на шпиндела, аларми и предупреждения, номер на елемента и сериен номер.

В една област от паметта, определена като свободна, производителят на оборудването би могъл да съхрани негова информация, като например електронен етикет за идентификация на двигателя, в който е монтиран енкодерът, показвайки модела му, максимално допустимия му ток и др.

Възможности
за мониторинг
и диагностика

Интерфейсът EnDat 2.2 позволява всестранен мониторинг и диагностика на енкодера, без да изисква допълнителна предавателна линия. Диагностиката включва циклична информация за работата на енкодера, както и допълнителни диагностични параметри.

Съобщение за грешка се извежда, когато неизправност в енкодера би довела до некоректна стойност на позициониране. Възможни грешки са неизправен светлинен източник, твърде ниска амплитудата на сигнала; невярна стойност на позициониране; захранващото напрежение е твърде високо/ниско; прекомерна консумация на ток.

В най-новите цифрово-програмни управления алармено съобщение ще се появява, когато се достигнат или надхвърлят някои допустими гранични стойности на енкодера, като скорост на шпиндела или управлявания запас на източника на светлина, без риск, че стойността на позициониране ще бъде невярна. Тази функция прави възможно извеждането на профилактични съобщения с цел намаляване времето за престой.