Элементы памяти систем ЧПУ

Объем электронной памяти в значительной степени определяет технические возможности УЧПУ. В табл. 22.1 приведены виды за­поминающих устройств, применяемых в УЧПУ. ПЗУ (табл. 22.1), работающая только на считывание, используется для хранения системных (базовых) алгоритмов работы. В маскируемые ПЗУ информация вводится при изготовлении ИС. Такие ПЗУ изготов­ляются при большой серийности их выпуска, так как это слож­ный и дорогостоящий процесс, и обладают высокой надежностью. В корпусе ИС серии К155 имеются четыре элемента ПЗУ (К155 РЕ21 —К155 РЕ24) емкостью 1 Кбит, предназначенные для вос­произведения символов на экране (знакогенераторы). Прожигае­мые ПЗУ дешевле в изготовлении, запись информации в них производится путем выплавления перемычек в кристалле ИС под действием импульсов тока. Каждая перемычка соответствует ло­гической единице определенного разряда.

Процесс программирования всех типов запоминающих уст­ройств автоматизирован. Информация, подлежащая записи, хра­нится на перфоленте. Запись выполняется на стендах при считы­вании сигналов с перфоленты.

Наибольшее распространение в системах ЧПУ четвертого по­коления получили ППЗУ (см. табл. 22.1), позволяющие с помощью специальной аппаратуры стереть старую информацию и записать новую. Эти ППЗУ выполняются по МОП-технологии, запоминаю­щим элементом в них является конденсатор. При записи про­граммы конденсатор заряжается и таким образом закрывает затвор элемента. В отличие от ОЗУ в ППЗУ перед записью ин­формации необходимо стереть с помощью специального устройства ранее введенные данные. По типу стирания ППЗУ выполняются двух типов: с ультрафиолетовым (СППЗУ) и электрическим (ЭСППЗУ) стиранием. СППЗУ вставляется на плате в специаль­ные гнезда и при записи или стирании вынимается из них. Сти­рание и запись выполняются на специальном стенде. Стирание выполняется облучением ультрафиолетовым светом через окно в корпусе ИС. При облучении происходит разряд конденсатора в кристалле ИС. Облучение кварцевой лампой выполняется в тече­ние 30 мин. Затем можно на стенде проводить запись подачей импульсов. Число перепрограммирований этих ИС не превышает 5—10.

Электрически стираемые ППЗУ для изменения информации не требуют применения специальных устройств. Однако степень ин­теграции ЭСППЗУ меньше, а время выборки больше (табл. 2.6).

Кроме ПЗУ и ППЗУ в устройствах ЧПУ необходимо иметь ОЗУ с произвольной выборкой, позволяющие с высоким быстро­действием выполнять запись и считывание информации. По прин­ципу работы ОЗУ разделяются на статические и динамические. В статических ОЗУ информация хранится на триггерах, а в динамически на емкости, объединенной с затвором МОП-схемы.

Табл. 22.1

Запоминающие конденсаторы динамического ОЗУ быстро раз­ряжаются, вследствие чего в такой памяти предусматривается специальный режим регенерации (восстановление информации). Этот режим в большинстве случаев ЭВМ задает через каждые 1—2 мс, и он занимает 10—15% времени ЭВМ, снижая ее производительность. Отрицательным является то, что режим регенера­ции имеет высший приоритет по отношению ко всем другим пре­рываниям (в том числе и к таймерному прерыванию). При этом ЭВМ до окончания режима регенерации не реагирует на таймерное прерывание и не может сразу же отработать заданную таймером программу. В системах ЧПУ это приводит к определенным ослож­нениям, связанным с неопределенностью по времени при управ­лении приводом или при считывании датчиков перемещений. Схемы управления системы ЧПУ с этим типом памяти имеют до­полнительные согласующие узлы.

Особым типом ОЗУ являются микромощные (микроваттные) статические элементы памяти, изготовляемые на базе KMOII-элементов (по КМОП-технологии). Они характеризуются крайне низкой потребляемой мощностью в режиме пассивного хранения информации (при отсутствии обращения к памяти). На этих эле­ментах строятся платы памяти со встроенным автономным источ­ником питания (гальваническим элементом). Этот источник авто­матически подключается при выключении ЭВМ, сохраняя записанную в ОЗУ информацию. В системах ЧПУ такая память служит для хранения управляющих программ, а иногда и для хранения базового ПМО.

Наибольшим быстродействием обладают ОЗУ (табл. 22.2), изготовленные по ЭСЛ-технологии (10—20 нс), однако емкость их сравнительно невелика и в системах ЧПУ они, как правило, не применяются. ОЗУ, изготовленные по ТТЛ-технологии, исполь­зуются в системах ЧПУ в качестве различного рода буферных ЗУ (например, в качестве ЗУ алфавитно-цифровых индикаторов).

Табл. 22.2

Для записи и считывания УП и другой информации, обраще­ние к которой не требует высокого быстродействия, применяют память, выполненную с использованием элементарных магнитов (доменов). Такое запоминающее устройство называют памятью на цифровых магнитных доменах (ЦМД). Память на ЦМД сох­раняет информацию при отключении питания благодаря ориента­ции в пространстве элементарных магнитиков.

Кроме дискретных ИС, используемых в качестве процессоров, схем памяти и различных логических схем управления, в систе­мах ЧПУ применяются различного типа линейные ИС (опера­ционные усилители), ИС преобразования данных — цифроаналоговые (ЦАП) и аналого-цифровые (АЦП) преобразователи. Необ­ходимы также схемы отображения информации (индикаторы).

Операционный усилитель представляет собой широкополосный линейный усилитель напряжения постоянного тока с большим коэффициентом усиления (до 10⁶). Благодаря этому в схему вво­дятся глубокие отрицательные обратные связи, обеспечивающие постоянство коэффициента передачи напряжения. Высокая ста­бильность параметров позволяет использовать усилители для вы­полнения различных математических операции (отсюда и термин «операционный») над аналоговыми сигналами. В системах ЧПУ операционные усилители используются в схемах управления приводами подач, а также в схемах адаптивного управления.

Основными характеристиками операционных усилителей яв­ляются разрешающая способность, коэффициент усиления (коэф­фициент передачи напряжения) и полоса пропускания (быстро­действие). Качество операционных усилителей часто определяют как произведение полосы пропускания (МГц) па коэффициент усиления. Наиболее совершенным отечественным операционным усилителем является микросхема К544УД2.

ЦАП вырабатывают на выходе аналоговый сигнал (напряжение), величина которого соответствует подаваемому на его вход коду (цифре). Лучшие отечественные ЦАП (микросхема К594ПА1) предусматривает работу с 12-разрядным кодом, что позволяет использовать ее в схемах управления приводами подач.

Современные зарубежные ЦАП рассчитаны на преобразование 8- (для восьмиразрядных микропроцессоров), 12- и 16-разрядных кодов.

АЦП, предназначенные для преобразования входных аналоговых сигналов в двоичный код, применяются в блоках связи с датчика­ми мощности систем ЧПУ. Отечественные АЦП строятся на базе микросхем серии К597, применяют гибридные микросхемы, выпол­няющие функции преобразования угол — код.

Системы ЧПУ предусматривают блоки отображения цифровой и буквенной (алфавитной) информации, причем необходимо ин­дицировать не только латинский алфавит, но и русский. Сущест­вуют два способа формирования символов — сегментный и точеч­ный. Число сегментов колеблется от 7 (что достаточно для инди­кации цифр) до 22. Точечный способ предусматривает, как пра­вило, 35 точек (семь строк по пять точек в строке).

Для отображения информации чаще всего используется элек­тронно-лучевая трубка (ЭЛТ), позволяющая воспроизводить ал­фавитно-цифровую и графическую информацию. Отображение гра­фической информации в системах ЧПУ используется пока срав­нительно редко. Устройства отображения на ЭЛТ предусматривают, как правило, точечный способ воспроизведения символов, причем экран ЭЛТ содержит до 1024×1024 точки. Экраны небольших ЭЛТ разбиваются на меньшее число точек. Так, экран ЭЛТ, вос­производящий 256 символов (16×16), разбит па 128×160 точек. При этом в схеме управления используются ПЗУ K155PE21 — К155РЕ24, выполняющее функции знакогенераторов 96 различных символов (русский и латинский алфавиты, цифры, знаки).

Экраны ЭЛТ пока что незаменимы при воспроизведении цвет­ной и графической информации, а также для индикации больших массивов алфавитно-цифровых данных. С развитием высокоинтегрированных БИС ЗУ применение в системах ЧПУ графических индикаторов, в том числе и цветных, будет расширяться. Для воспроизведения графической информации на экране объемом 1024×512 точек требуется 64 Кбайт памяти, а на цветном экране в три раза больше. В настоящее время создание динамических запоминающих устройств такого объема не представляет серьез­ной проблемы, и можно считать, что в ближайшем будущем в УЧПУ будут применять в основном цветные графические инди­каторы.

Для индикации сравнительно небольших массивов информации используется широкий набор средств, построенных на базе светодиодов, жидких кристаллов, газоразрядных панелей и электро­люминесцентных приборов. Светодиоды, изготовленные из фосфида галлия, выпускаются разнообразных размеров, форм и цветов излучения. Они обеспечивают высокий уровень яркости и хорошую светоотдачу.

Индикаторы на светодиодах широко применяются в панелях управления упрощенных систем ЧПУ.

Рис.22.1 Схема включения оптрона на канале входа (а) и выхода (б) УЧПУ:

1 – оптрон, 2 – обмотка реле

Широко применяются в системах ЧПУ точечные газоразряд­ные панели, успешно конкурирующие с экранами ЭЛТ. Их разре­шающая способность достигает 24 линий на 1 см.

При малой толщине газоразрядная панель занимает гораздо меньший объем, нежели индикаторы на ЭЛТ, однако последние несколько дешевле.

Гальваническая развязка системы ЧПУ и электроавтоматики станка проводится с помощью оптронов — приборов, помещенных в корпусах ИС и состоящих из излучателя света (светодиода) и фотоприемника (обычно фототранзистора), связанных оптиче­ски. Типовая схема включения оптрона приведена на рис. 22.1.

Перспективными для применения в системах ЧПУ являются оптические каналы связи, которые нечувствительны к различного рода электромагнитным помехам. Они могут связывать УЧПУ с ЭВМ верхнего уровня в гибких производственных системах, а также отдельно расположенные блоки системы: станочный пульт опетора, блок электроавтоматики, блоки управления приводами и т.п. В оптической линии связи (в отличие от оптронов) излу­чатель и приемник света разнесены, а свет, излучаемый светодиодом, передается по оптическому волокну (световоду).

Рис. 22.2 Схема волоконно-оптической системы:

1 – светодиод, 2 – фотодиод, 3 – возбудитель, 4 – усилитель

На рис. 22.2 приведена общая схема волоконно-оптической системы. В передающей части используется светоизлучающий диод, сигнал которого модулируется с помощью ТТЛ-возбудителя (формирователя). Модулированный свет проходит по волоконно-оптическому кабелю к приемнику, где фототранзистор преобра­зует световые сигналы в первоначальную форму сигнала, несу­щего цифровую информацию.