2888

ме временных выдержек между кадрами производят с помощью одноименной ко-

манды.

Рис. 2.2. Распределение памяти устройства УЦМ-663.

Для организации одновременного исполнения нескольких операций в системе команд предусмотрена специальная команда «Совместная отработка». Одновременно могут отрабатываться команды «Движение» (по различным координатам), «Внешнее оборудование 1 и 2». Число одновременно исполняемых команд записывается в ин-

формационной части команды СОВМЕСТНАЯ ОТРАБОТКА (до 7). Команды в ячей-

ках памяти с n + 1 по n + k исполняются одновременно. Переход к очередному кадру программы происходит после завершения самой длительной по времени команды кадра.

В кадрах совместной отработки с комбинированным принципом исполнения команды, расположенные после команды ВЫДЕРЖКА ВРЕМЕНИ, будут переданы на отработку только после окончания запрограммированной выдержки времени, за-

пускаемой в начале кадра. Эта особенность языка программирования (системы ко-

манд) устройства УЦМ-663 позволяет в ряде случаев сократить общее время цикла.

Устройство позволяет осуществлять программирование обращения к одной из подпрограмм, организуемого с помощью команд «Обращение к подпрограмме» и «Конец подпрограммы». Обращение к подпрограммам может быть условным. Номер условия записывается в информационной части команды «Обращение к подпрограм-

ме», адреса начала подпрограмм заносятся в специальные ячейки памяти. В случае необходимости команду «Обращение к подпрограмме» можно использовать для ор-

ганизации условных и безусловных переходов. Для расширения их числа в системе команд предусмотрена команда «Условный переход», по формату аналогичная рас-

смотренной команде «Обращение к подпрограмме».

Организация локальных циклов в программе производится с помощью команд НАЧАЛО ЦИКЛА и КОНЕЦ ЦИКЛА, управляющих работой двух аппаратных счет-

чиков циклов.

Число повторений цикла набирается на специальных переключателях, распо-

ложенных на панели пульта оператора.

Программное прерывание работы устройства осуществляется с помощью ко-

манды ОСТАНОВ. Для зацикливания программы используется команда КОНЕЦ ПРОГРАММЫ. В ее информационной части указывается номер одной из четырех возможных одновременно хранимых в памяти программ, адреса их начала заносятся при программировании в специально выделенные ячейки памяти.

Язык программирования и алгоритмическая организация блока управления позволя-

ют осуществить компактную запись программы раскладки деталей в упорядоченную двухмерную тару с помощью команды «Модификация».

Команда «Модификация» в процессе исполнения к информационной части следующей за ней команды ДВИЖЕНИЕ (конкретно к номеру точки) добавляет со-

держимое соответствующего счетчика циклов.

Раскладка в тару организована с помощью двух стандартных циклов. Развитый язык программирования и структурно-алгоритмическое построение устройства УЦМ-

663, в частности возможность гибкой привязки устройства к манипуляторам различ-

ных типов, определили широкое применение устройства УЦМ-663, в особенности при построении локальных РТК со сложными циклограммами работы, большим ко-

личеством единиц управляемого оборудования, многокоординатными манипулятора-

ми с точками промежуточного останова. При этом необходимо отметить, что доста-

точно высокие функциональные возможности устройства достигнуты за счет опре-

деленной аппаратурной избыточности, которая становится ощутимой при построении РТК.

Анализ технических требований, предъявляемых к современным системам

циклового программного управления ПР, вытекающих из тенденции рассмотрения ПР как составляющего элемента переналаживаемой автоматизированной линии, мо-

дуля гибкого автоматизированного производства и т. д., особенно при автоматизации вспомогательных технологических операций, выявляет необходимость существенно-

го качественного расширения диапазона задач, решаемых средствами управления РТК. В частности, расширение функций управления цикловыми ПР связывается с возможностью обмена информацией с ЭВМ верхнего ранга, управлением нескольки-

ми манипуляторами и технологическими установками от одной системы и т. д. Кроме того, прогресс в создании БИС микропроцессорных наборов (арифметико-логических устройств, различных видов памяти и т. д.) позволяет широко использовать их во вновь создаваемых средствах управления и по-новому ставить вопрос о структурно-

алгоритмической организации последних.

Так, если раньше в разработках устройств управления ПР акцент делался на аппаратную реализацию большинства функций, то в настоящее время основным на-

правлением следует считать создание унифицированных микропроцессорных струк-

тур средств управления ПР с развитым математическим обеспечением и набором про-

блемно-ориентированных модулей сопряжения с объектом. Поэтому целесообразно развивать принципы структурно-алгоритмической организации средств циклового управления ПР в следующих направлениях:

-проблемно-ориентированная унификация аппаратного и программного обеспечения базовых средств циклового программного управления ПР;

-модульная (агрегатно-блочная) структура аппаратных средств, обеспечи-

вающая наиболее эффективную компоновку требуемых модификаций уст-

ройств, и связанная с этим магистральная организация унифицированных межмодульных связей;

-преимущественное применение «мягких» (программируемых) средств, об-

ладающих свойством гибкой привязки устройства управления к объектам;

-использование унифицированных типовых конструктивно-технологических

решений печатных плат, модулей блоков и т. п.

В рамках указанной концепции организации перспективных цикловых уст-

ройств рассмотрим структурную схему микропроцессорного устройства циклового управления, построенного по блочно-модульному принципу и отражающую обоб-

щенную номенклатуру функциональных модулей аппаратуры и взаимосвязь между ними.

Основой блока управления является модуль процессора, обеспечивающий в со-

ответствии с записанной в памяти программой реализацию алгоритмов управления и создающий возможность работы в реальном масштабе времени за счет развитой сис-

темы прерывания и программируемого таймера. В модуле процессора предусмотрен специальный контролер, вырабатывающий сигналы внутрисистемного интерфейса.

Система памяти блока управления включает в себя следующие Модули:

-постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) для хранения функциональ-

ного программного обеспечения;

-оперативного запоминающего устройства (ОЗУ) для хранения текущей об-

рабатываемой информации;

-полупостоянного запоминающего устройства (ППЗУ), выполняющего функ-

ции программоносителя и предназначенного для записи и хранения управ-

ляющей программы, получаемой в процессе обучения.

Ввод и редактирование программы работы устройства осуществляют с помо-

щью программатора, подключение которого к внутрисистемному интерфейсу про-

изводят через модуль интерфейса радиального последовательного (ИРПС), что по-

зволяет унифицировать канал связи и сократить число шин в кабелях связи. Через модули ИРПС осуществляют связь с пультом ручного управления звеньями манипу-

лятора, что обеспечивает возможность ручного управления электроавтоматикой об-

служиваемого технологического оборудования и выполнение операций запуска зара-

нее подготовленных программ в заданном режиме работы устройства.

Подключение фотосчитывающих устройств, перфоратора, других средств управления РТК, в том числе ЭВМ верхнего ранга, к устройству производится через модуль ИРПС.

Совместно с модулем дискретных команд модуль ИРПС образует средства управления слаботочной электроавтоматикой технологического оборудования и син-

хронизации работы других средств управления РТК. Сопряжение устройства с мани-

пулятором (манипуляторами) и технологическим оборудованием осуществляют с по-

мощью модулей ввода и вывода, число которых зависит от конкретного исполнения устройства.

Модуль вывода модифицируется по своему назначению: для выдачи управ-

ляющих напряжений переменного или постоянного тока различной мощности. Сле-

дует отметить, что в данном случае с учетом универсальности применения устройст-

ва, выполненного по рассматриваемой структуре, пользователю предоставляется воз-

можность свободного распределения каналов ввода-вывода между манипуляторами и обслуживаемым технологическим оборудованием.

Рис.2.3. Структурная схема микропроцессорной базовой модели устройства циклово-

го программного управления ПР:

Модули: 1 – вывода; 2 – дискретных команд; 3 – ввода; 4 – ИРПС; 5 – ППЗУ; 6 – ПЗУ;

7 – ОЗУ; 8 – процессора.

В комплект устройства может входить инженерный пульт, являющийся вспомо-

гательным техническим средством для выполнения диагностических и ремонтно-

профилактических работ при его эксплуатации.

Программное обеспечение устройства в общем случае включает:

- проблемно-ориентированный язык циклового программного управления;

-интерпретатор (языка);

-монитор интерпретатора;

-драйвер каналов последовательной передачи данных, ввода-вывода;

-программные модули обслуживания терминалов — пульта ручного управле-

ния, программатора и т.п.;

-программу-диспетчер;

-комплект программ контроля и диагностики.

При необходимости структура и алгоритмическое построение монитора,

интерпретатора и диспетчера обеспечивают мультипрограммный режим работы устройства для организации одновременной (групповой) работы нескольких ма-

нипуляторов.

Примером конкретной реализации рассматриваемой микропроцессорной струк-

туры может служить блочно-модульное устройство циклового управления УЦМ-100.

Реализация принципов структурно-алгоритмического построения устройства в соответствии с рассмотренной концепцией позволяет придать устройству высокую функциональную гибкость его модификаций, снизить аппаратурные затраты, обеспе-

чить широкие возможности программирования технологических алгоритмов РТК,

практически любой степени сложности, непосредственно на заводах-потребителях и т. д.

Следует подчеркнуть несомненную эффективность распространения данных принципов при построении некоторых простейших устройств циклового управления,

в том числе специализированного назначения, а также при построении устройств циклового управления с повышенными информационно-вычислительными возможно-

стями и т. д.

2.2. Позиционно-контурные системы

Системы управления данного класса значительно расширяют технологические возможности ПР и практически исключают характерные для цикловых ПР ограниче-

ния, связанные с числом точек позиционирования рабочих органов манипулятора.

Это обусловливает широкое применение ПР с позиционно-контурным управлением в различных областях промышленности при автоматизации производства, где требует-

ся выполнение различного рода операций (от простых типа «взять—положить» до сложных траекторных движений). Кроме того, эти системы применяют для обслужи-

вания одного или нескольких объектов, автономного управления или в составе ком-

плекса технических средств, управляемых от ЭВМ. ПР имеют различное конструк-

тивное исполнение, определяемое спецификой применения (области с различным климатическим воздействием, агрессивность или запыленность среды и т. д.).

Решение этих задач, как правило, базируется на принципах схемно-

конструкторской агрегатизации, при которой за счет унификации сопряжения ряда блоков на основе «базовой» структуры получают конкретные модификации устройств с различными функциональными свойствами.

Предпосылки для выбора структуры системы управления при таком подходе остаются прежними: с минимальной избыточностью получить определенный ряд

«модифицированных» устройств, обладающих при сравнительной простоте достаточ-

ными показателями технико-экономической эффективности.

Для рассматриваемого класса систем управления, как показывает отечествен-

ный и зарубежный опыт, сложился основной функциональный состав, который в обобщенном виде может быть описан следующим образом:

-число управляемых координат – 3-8;

-объем памяти программ (кадров) - 100-1500;

-число технологических команд обмена информацией с внешним оборудова-

нием – 15-128;

-тип привода — следящий или дискретный;

-сопряжение с аналоговыми, кодовыми, фазовыми датчиками положения;

-наличие нескольких программ (или подпрограмм), развитые средства кон-

троля и диагностики, возможность сопряжения с другими средствами управ-

ления и т. д.

Информационно-вычислительные возможности таких систем различны и опре-

деляются областью применения.

Реализация приведенных выше технических характеристик позиционно-

контурных систем управления может быть осуществлена принципиально двумя мето-

дами, отличающимися способами обработки геометрической информации (последо-

вательная или параллельная обработка координатных перемещений), поступающей от манипулятора. В соответствии с этим рассмотрим два варианта структуры систем управления:

-с параллельной обработкой информации на индивидуальном аппарате вы-

числения внутри каждого «координатного» блока (вариант децентрализо-

ванной структуры);

-с центральным вычислителем, в котором последовательно в режиме разде-

ления времени обрабатывается информация на едином аппарате вычисления

(вариант централизованной структуры).

В системе позиционного управления ПР со следящим приводом запоминающее устройство (например, полупроводниковое ОЗУ), хранящее управляющую програм-

му, записанную с помощью схемы обучения, последовательно кадр за кадром по сиг-

налам из блока управления выдает через регистры буферной памяти геометрическую информацию на схему сравнения, а технологическую — в блок технологических ко-

манд. Схема сравнения по результатам обработки заданной информации и текущей информации, получаемой из измерительной системы (преобразователь сигналов дат-

чика, счетчик), формирует величину сигнала рассогласования, поступающего в блок управления приводом для осуществления движения манипулятора по данной коорди-

нате с заданной скоростью.

В зависимости от используемых типов датчиков (импульсные, фазовые, кодо-

вые и т.д.) состав узлов измерительной системы видоизменяется; например, счетчик,

выполняющий функции накопления информации и необходимый для работы с им-

пульсными датчиками, превращается в регистр преобразователя «угол—код» при ра-

боте с кодовыми датчиками. Используемые типы приводов (электрические, элек-

трогидравлические и др.) соответствующим образом видоизменяют блок управле-

ния приводом. Наконец, требуемые информационно-вычислительные возможности такой системы существенно изменяют тип и организацию управления запо-

минающего и сравнивающего устройств, блока управления и т.д. В простейшем слу-

чае в системах управления, построенных по данной структуре, координаты точек по-

зиционирования задаются и хранятся в памяти с помощью потенциометров или дру-

гих устройств аналогового типа; набор программы осуществляют с помощью ште-

керных барабанов или подобных коммутационных устройств; схему сравнения вы-

полняют по аналоговому принципу и т. д. Число точек позиционирования в та-

ких системах с раздельными блоками памяти не превышает обычно нескольких де-

сятков, а число кадров программы — менее 80. Дальнейшее увеличение числа точек позиционирования и объема программы оказывается неэффективным в связи с увеличением габаритных размеров и усложнением конструкции, а также снижением эксплуатационной надежности изделия и т. д. Для повышения функциональных воз-

можностей таких систем становится целесообразным использование единого запоми-

нающего устройства, цифровой схемы сравнения и т. д.

Примерами позиционных систем управления, построенных по рассмотренной выше структуре, являются системы управления робота «Версатран-500р» (США), «Кавасаки Юнимейт 2600» (Япония). Использование такой структуры характерно для

«жестких» позиционных систем целевого назначения, особенно с цифроаналоговым способом обработки геометрической информации и ограниченными функциональны-

ми возможностями.

Рассмотрим более подробно варианты централизованных структур управления на примере унифицированных отечественных систем управления типа УПМ-331 и

УПМ-772.

Унифицированные системы построены по принципу синхронного микропро-

граммного автомата управления (МПА) с конечным числом состояний и жестким циклом управления. Они оперируют с информационными словами длиной в один байт. Число состояний (машинных циклов) выбирают с учетом возможности расши-

рения функций. Длительность цикла составляет 2,5 икс. В течение одного цикла в ав-

томате выполняются следующие основные микрооперации: считывание информации по адресу (шине) А и передача ее в арифметико-логический узел (АЛУ); считывание информации по адресу В и передача ее в АЛУ; выполнение арифметического дейст-

вия в АЛУ; запись результата по адресу А, В или С; выработка признака результата арифметического действия и переход к новой команде (состоянию). Новое состояние в автомате возникает сразу же после окончания предыдущей команды и зависит от результата арифметической операции, предшествующего состояния и различных управляющих признаков.

Операционно-логический блок (ОЛБ) совместно с микропрограммным автома-

том управления обеспечивает взаимодействие всех функциональных блоков и выпол-

няет функции центрального управления и логической обработки информации. В со-

став ОЛБ входят следующие основные функциональные устройства:

-узлы памяти (УП), обеспечивающие хранение геометрической информации,

подлежащей коррекции в текущем кадре, констант скорости перемещения,

номера кадра, возврат к которому необходим после выполнения подпро-

граммы и т. д.;

-операционные регистры для хранения промежуточных результатов вычис-

лений, величин заданной и текущей скоростей перемещения, команд кор-

рекций и переходов и т. д.;

-арифметико-логический узел (АЛУ), являющийся единым узлом сравнения заданных и текущих координатных перемещений манипулятора и выпол-

няющий на восьмиразрядном параллельном сумматоре комбинационного типа операции сложения, вычитания, сравнения и контрольного суммирова-

ния;

-счетчик адресов памяти (СЧАП), предназначенный для задания адресов па-

мяти.

Микропрограммный автомат управления осуществляет физическую реализацию алгоритма работы манипулятора и выполняет функции формирования микрокоманд управления для блоков устройства. В качестве программно-задающей части исполь-

зован кассетный накопитель на магнитной ленте (КНМЛ) с полупроводниковым опе-

ративным запоминающим устройством (ПОЗУ).

КНМЛ является основным программоносителем и совместно со своим блоком управления (БУ КНМЛ) осуществляет прием, хранение и выдачу по запросу из МПА требуемой программы. Обмен информации с КНМЛ — зонный. На магнитной ленте по зонам может быть записана одна или несколько программ: если объема зоны не-

достаточно для размещения программы, ее записывают в несколько зон с обеспечени-

ем связи частей программы с помощью команд условного или безусловного перехо-

дов.

В режиме чтения информация с КНМЛ поступает в блок управления накопите-

ля и передается по шине В далее через арифметико-логический узел ОЛБ на запись в ПОЗУ. В режиме записи информация из ПОЗУ поступает по шине А для формирова-

ния импульсов записи на магнитную ленту в блок управления КНМЛ, управ-

ление которого осуществляется по микрокомандам, формируемым МПА.

Полупроводниковое оперативное запоминающее устройство построено на ин-

тегральных микросхемах. Оно предназначено для оперативного хранения рабочей программы, размещаемой в одной зоне и используемой непосредственно для автома-

тического управления или для записи ее на магнитную ленту.

Функции обмена технологической информации устройств с внешним оборудо-