Очень хорошее описание термина ЧПУ станок

401

Что такое ЧПУ.

Все современные системы числового программного управления станками (ЧПУ, CNC) имеют схожую структуру, которую можно разделить на несколько основных частей(см. картинку)

структура чпу

Вообще говоря все части чпу аппаратно могут быть реализованы разными способами: на каких-то стойках NCU, PLC, PCU могут существовать только виртуально, на базе одного компъютера, для упрощения и удешевления; на других NCU, PLC, PCU могут быть реализованиы на разных процессорах, для увеличения быстродействия и надёжности. Но для простоты понимания, удобнее рассматривать их, как отдельные устройства. Конструктивно, тоже существует несколько вариантов. Части могут располагаться на разных платах, либо могут быть объединены в одном блоке, иногда могут объединяться в один блок с приводами.

Используемые здесь термины приняты в описаниях систем чпу Sinumerik, производства Сименса.

NC (numeric control), NCU, NCK(numerik control kernel) - собственно само устройство числового управления. Главная задача NC - вычисления траектории перемещения узлов станка и выдача задания приводам (положение, скорость, момент) в соответствии с технологической программой, обработка сигналов от измерительных систем (положения узлов станка, измерительных щупов, электронных маховиков и т.д.).

NCU имеет своё специализированное системное программное обеспечение. Как правило, это ПО поставляется производителем ЧПУ в нескольких вариантах, различающихся количеством управляемых осей и набором функций. Это ПО поставляется вместе с ЧПУ и в подавляющем большинстве случаев никакое дополнительное программирование на этом уровне не требуется ни пользователям, ни производителям станков.

810D - блок, объединяющий NCU, PLC и приводаплата 840D, объединяющая NCU и PLC

Производитель станка, при пусконаладке, привязывает систему ЧПУ к конкретному станку пользуясь машинными данными - специальными переменными ЧПУ.

Машинные данные разделяются на несколько групп:

  • приводные данные - набор параметров для каждого привода. Определяет характеристики двигателей, датчиков, настройки блоков управления двигателями;
  • осевые данные - набор параметров для каждой оси станка. Определяют характеристики осей управляемых соответствующим приводом: передаточное отношение механики, настройки управляния по положению, различные ограничения (по скорости, положению и т.д.), привязку положения оси к станочной системе координат, различные компенсации (трение, люфт и т.д.);
  • общие машинные данные, канальные данные - данные определяющие общие свойства станка: кол-во и имена осей и прочие;
  • различные машинные и установочные данные - для настройки отдельных функций ЧПУ, параметризации вспомогательных устройств, настройки связи между различными частями чпу, настройки интерфейcа и т.д.

 

PLC(programmable logical controller) - программируемый логический контроллер, контроллер электроавтоматики.

Отдельная специализированная часть ЧПУ управляющая различными сигналами и устройствами по заданной программе. К этим сигналам и устройствам относятся различные вспомогательные устройства на станке (двигатели, муфты, реле, кнопки, датчики и т.д.), обменные сигналы между разными частями системы ЧПУ(например, сигналы включения приводов, сигналы состояния чпу, приводов и т.д.). Эти сигналы могут быть как внешними, так и внутренними. Внешние сигналы аппаратно подключаются через специальные блоки входов/выходов, либо клеммы и разъёмы на самих блоках. Блоки входов/выходов бывают разных типов: дискретные(вкл/выкл - обычные реле, кнопки, концевики и т.д.), аналоговые(различные датчики - давления, расхода, температуры и т.д.), быстродействующие входа для подключения датчиков положения.

блок дискретных входных сигналов Simatic

Внутренние сигналы - это программные сигналы между программой электроавтоматики, программой NCU, и приводами.

Программа PLC (программа электроавтоматики) состоит из двух частей: базовой и пользовательской. Базовая часть поставляется вместе с ЧПУ и, как следует из названия, реализует базовый набор функций, общих для всех случаев применения системы ЧПУ. Пользовательская часть программы пишется производителем станка для управления каждой конкретной конструкцией станка.

В общем случае, PLC тоже может управлять осями ( но с меньшей функциональностью). Например, PLC-оси иногда используют для управления устройствами смены инструмента, манипуляторами и т.д.

Примером взаимодействия PLC и NCU могут быть всем известные М-команды. Когда в технологической программе встречается М-команда, NCU выдаёт соответствующий сигнал в PLC, далее PLC выполняет действия заложенные в базовой программе или пользовательской программе PLC.

 

PCU - по сути это обычный компъютер, но, как правило, промышленного исполнения. Главная задача - интерфейс человек-станок, ввод и хранение программ пользователя. Программное обеспечение интерфейса (HMI - human-machine interface, интерфейс человек- станок), как правило, тоже поставляется производителем ЧПУ. Стандартные варианты предназначены для управления наиболее распространёнными станками - токарными, фрезерными, шлифовальными.

У производителей станка есть возможность модифицировать и дополнять стандартный интерфейс в случае необходимости. Например, для управления специализированными станками, или для удобной реализации какой-то специфической технологии.

Приводная часть.

Приводов вообще большое разнообразие. Привода различаются по способу задания перемещения/скорости/момента - аналоговое, цифровое, импульсное; по способу управления аналоговое или цифровое; питанию (переменного или постоянного тока) ; по компоновке и т.д. Функции приводов могут быть тоже реализованы аппаратно по-разному. Часть функций (управление током,скоростью), как правило, реализуется в самом приводе. Функции связанные с позиционированием, как правило, реализуются в NCU. Поэтому на картинке связь от датчиков обратной связи проведена и к приводам (сигнал скорости) и к NCU(сигнал положения).

Сигналы обратной связи могут поступать от одного датчика( например, всем известный энкодер в серводвигателе), либо от двух разных.

В случае двух датчиков, один из них является "прямым", т.е. устанавливается непосредственно на перемещаемом узле и используется для позиционирования(например, линейка или круговой датчик на поворотном устройстве). Другой датчик находится в моторе, и используется в контуре управления скоростью и током.