Конспект лекций




НазваниеКонспект лекций
страница3/16
Дата публикации30.01.2014
Размер1.98 Mb.
ТипКонспект
zadocs.ru > Информатика > Конспект
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

1.6 Реализация интерфейсных OPC в системах ЧПУ
OPC – это набор повсеместно принятых спецификаций, предоставляющих универсальный механизм обмена данными в системах контроля и управления. Технология OPC определяет интерфейс между OPC-клиентом и OPC-серверами.

OPC-сервер – программа, получающая данные во внутреннем формате устройства или системы и преобразующая эти данные в формат OPC. OPC-сервер является источником данных для OPC-клиентов. По своей сути OPC-сервер – это некий универсальный драйвер физического оборудования, обеспечивающий взаимодействие с любым OPC-клиентом.

OPC-клиент – программа, принимающая от OPC-серверов данные в формате OPC.

Таким образом, OPC-технология обеспечивает независимость потребителей от наличия или отсутствия драйверов или протоколов, что позволяет выбирать оборудование и программное обеспечение, наиболее полно отвечающее реальным потребностям бизнеса.

Что это дает для производителя оборудования?

Универсальный механизм интеграции производимого им оборудования в любую систему, поддерживающую технологию OPC.

До создания OPC-технологии производителю промышленного оборудования приходилось создавать и поддерживать множество драйверов для наиболее распространенных систем автоматизации (или договариваться с производителями этих систем). Применение OPC-технологии позволяет отказаться от создания драйверов и заменяет их одним универсальным OPC-сервером, многократно сокращая затраты на разработку и дальнейшее сопровождение. При этом обеспечивается возможность подключения любой системы автоматизации, наиболее подходящей клиенту, а не только одной из нескольких наиболее распространенных.

Все функции ОРС-сервера описываются спецификациями этой технологии и соответствующими стандартами.

Существует довольно широкий набор интерфейсных ОРС-стандартов:

  • общие стандарты для всех ОРС-спецификаций;

  • для обмена оперативными данными с приложениями на C++ и Visual Basic;

  • для обслуживания событий (event) и внештатных ситуаций (alarm);

  • для работы с базами данными;

  • для обработки прав доступа к данным и др.

Основной стандарт, называемый DA (Data Access), описывает передачу оперативных данных от оборудования или к оборудованию. По этому стандарту ОРС-клиент может взаимодействовать с ОРС-серверами от одного или нескольких производителей. Объекты ОРС-сервера напоминают обычные СОМ-объекты.

ОРС Data Access-сервер необходим для работы со встроенной системой и состоит из нескольких объектов: сервера (рис. 1.11), группы (рис. 1.12) и элемента данных (рис. 1.13).

Рисунок 1.11 - Стандартный OPC-объект - сервер


Рисунок 1.124 - OPC-группа

Рисунок 1.13 - OPC-элемент
Объект-сервер поддерживает информацию о сервере и служит контейнером для объектов-групп.

Объект-группа поддерживает информацию о самой себе и предоставляет механизм для включения и логической организации объектов-элементов. ОРС-группы создают клиентам возможность организовывать данные. Например, группа может выводить элементы на экран монитора оператора или представлять их в сообщении. Группы могут обслуживать разных клиентов. Данные можно читать и писать. ОРС-клиент может сконфигурировать скорость, с которой ОРС-сервер будет обновлять данные клиента.

Существуют два типа групп: public и local (или private). Тип public служит для деления групп между многими клиентами, тип local предназначен для одного клиента. В пределах группы клиент определяет один или больше ОРС-элементов.

Орс-элементы устанавливают связи с источниками данных в пределах сервера. Из позиций специального интерфейса ОРС-элемент недоступный для ОРС-клиента, как объект. Иначе говоря, не существует внешнего интерфейса, который был бы определен для ОРС-элемента. Все виды доступа к ОРС-элементам осуществляются с помощью ОРС-групп, которые содержат ОРС-элементы. Элементы-переменные не служат источниками данных, они представляют собой лишь соединение с ними. ОРС-элемент следует рассматривать не как физический источник данных, на который ссылается адрес, а как что-то специфицирующее адреса данных.

Таким образом, основной единицей данных в OPC служит переменная (item). Переменные могут быть любого типа, допустимого в OLE, – целой, вещественной, логической, строчной, датой и др. Кроме того, переменная может быть массивом.

К обязательным свойствам переменной относятся: значение (Value), тип (Type), качество переменной (Quality), метка времени (Time Stamp), права доступа (чтение, запись), частота опроса ОРС-сервером и описание переменной (назначение).

Качество предполагает, что в источниках данных возможны отказы, поэтому корректное значение переменной не всегда известно ОРС-серверу и поэтому клиент сообщает серверу о качестве переменной – хорошее, плохое, неопределенное.

^ Метка времени сообщает, когда переменная получила конкретное значение и качество.

Частота опроса определяет интервал чтения переменной.

Описание переменной представляет собой строчное значение, которое содержит информацию для пользователя о назначении переменной.

Существуют три способа получения ОРС-клиентом данных от ОРС-сервера: синхронное чтение, асинхронное чтение и подписка.

При синхронном чтении клиент посылает серверу запрос со списком переменных, которые его интересуют, и ждет, пока сервер его выполнит.

При асинхронном чтении клиент посылает серверу запрос, а сам продолжает работать. Когда сервер выполнил запрос, клиент получает сообщение.

В случае подписки клиент передает серверу список переменных, которые его интересуют, а сервер потом регулярно присылает клиенту информацию об изменениях значений переменных со списка. Эти списки в терминологии ОРС называют группами. Каждый клиент может поддерживать одновременно много групп с разной скоростью восстановления.

Следует учесть, что технология ОРС регламентирует только интерфейс между ОРС-клиентами и ОРС-серверами, но не устанавливает способ получения этих данных от оборудования. Однако существуют некоторые модели взаимодействия с оборудованием, когда, например, можно не обращаться для получения данных к ОРС-серверу прямо, а получить их со своего внутреннего буфера (кэша).

Переменные в ОРС-сервере могут быть сформированы или в простой список, или в «дерево», напоминающее «дерево» файлов на диске. Есть соответствующие интерфейсы для навигации по этому дереву. Предусмотрены также возможности оповещения завершения работы ОРС-сервера, запроса информации о самом сервере и запроса списка зарегистрированных групп.

Соответствующие интерфейсы предлагают ОРС-клиентам некоторые механизмы, которые сообщают о возникновении специфицированных событий или аварийных ситуаций. Они предоставляют ОРС-клиентам услуги, которые позволяют идентифицировать события и условия, а также получать текущий статус.

Кроме серверов, которые осуществляют доступ к данным DA, существуют серверы доставки сообщений типа «alarms» и «events». В ОРС alarm определяют как нерегулярную ситуацию, которая представляет собой особый случай условий. Условие (condition) - это поименованное состояние событийного ОРС-сервера или одного из его вложенных объектов. Примерами условий могут служить HighAlarm, HighHighAlarm, Normal, LowAlarm, и LowLowAlarm.

В отличие от alarm событие (event) является заметной ситуацией, которая имеет значение для ОРС-сервера и заинтересованных ОРС-клиентов. Событие может быть, а может и не быть ассоциировано с условием. Например, переходы с HighAlarm в Normal есть события, ассоциированные с условиями.

Интерфейс ОРС-сервера предлагает методы, которые позволяют ОРС-клиенту задавать следующие сервисы:

  • устанавливать типы событий, которые поддерживает ОРС-сервер;

  • подписываться на специфические события для того, чтобы ОРС-клиенты могли получать сообщение об этих событиях;

  • осуществлять доступ к условиям и управлять условиями, создаваемыми ОРС-сервером.

Спецификации ОРС всегда содержат два набора интерфейсов: интерфейсы пользователя (Custom Interfaces) и интерфейсы автоматизации (Automation Interfaces). Последние имеют доступ к приложениям, написанным на Visual Basic (рис. 1.14).


Рисунок 1.14 - Разновидности OPC-интерфейсов
Спецификации ОРС определяют, что собой представляют интерфейсы, но не как выглядит проект. Поэтому нужно специфицировать ожидаемое поведение интерфейсов, которые используются клиентскими приложениями. При разработке ОРС-сервера следует выбрать частоту передачи данных по выделенному каналу, а также устройства, ответственные за сбор данных.

ОРС-серверы нуждаются в разработке специальных (пользовательских) интерфейсов, а как опцию могут иметь интерфейсы автоматизации. В некоторых случаях интерфейс автоматизации создается с помощью специальной DLL-оболочки интерфейса пользователя (рис. 1.15).
^ Рисунок 1.15 - Типичная архитектура OPC
Таким образом, клиентское ОРС-приложение взаимодействует с ОРС-сервером через специфицированный разделяемый интерфейс и специальный интерфейс пользователя или интерфейс автоматизации. Эти интерфейсы решают проблему открытого управления, т.е. обеспечивают совместимость и интерактивность разнообразных локальных устройств.

^ 1.7 Сущность производственных стандартов STEP
В автоматизированных производствах те виды интеграции, которые относят к области обработки на станках с ЧПУ, приобретают наибольшее значение. Интеграция этих систем осуществляется с применением единой информационной модели изделия в рамках его жизненного цикла - от компьютерного проектирования и компьютерного планирования до автоматизированной подготовки управляющих программ и изготовления изделия на станках с ЧПУ.

Подобная модель определена рамками комплекса стандартов STEP (Standard for the Exchange of Product model data).

В жизненном цикле изделия предусмотрены следующие фазы:

  • STEP-проектирование CAD (Computer-Aided Design);

  • макропланирование технологического процесса САРР (Computer-Aided Process Planning);

  • микропланирование операций САМ (Computer-Aided Manufacturing) и управление изготовлением NC (Numerical Control), которые существуют сегодня вне STEP.

Фаза проектирования.

Фаза проектирования (разработки) содержит в себе генерацию и сохранение STEP-данных для следующего изготовления изделий.

В рамках фазы разработаны несколько вариантов прикладных протоколов АР (Application Protocol), определенных как международные стандарты. Лучшим из них является протокол АР224.

Сущность протокола АР224 состоит в следующем. На уровне фазы разработки формируется некоторый полный набор информации для планирования (в следующей фазе) технологических маршрутов. Этот набор содержит в себе определение данных в терминах 3D-геометрии (прямые, дуги и т.д.) и в технологических терминах (карман, канавка, отверстие, закругление и др.). Полноту набора обеспечивает определение размеров и допусков, ассоциированных из 3D-образом, а также генерация другой важной информации, например, сведения о материале, шероховатости, параметрах закругления острых кромок и т.п.

Все спецификации представляют собой часть модели, причем под протоколом АР224 понимают и модель, и транслятор, который генерирует в формате АР224 производственные данные не только для отдельных деталей, но и для соединений. В составе транслятора есть система управления базой данных (СУБД). Проект также может быть выполнен в CAD-системе.

Фаза макропланирования.

В следующей фазе макропланирования производственные данные конструкторского проекта обрабатывают в формате АР213 в форме технологического маршрута для станков с ЧПУ.

Формат АР213 принадлежит комплексу STEP, но пока еще не является международным стандартом, а служит только входом в систему макропланирования.

На уровне макропланирования решаются следующие задачи:

  • разрабатывается схема маршрутизации (осуществляется распределение операций маршрута по станкам);

  • составляются спецификации материалов, которые обобщают маршрутную информацию;

  • формулируются требования к инструментальному обеспечению;

  • выбираются, заказываются или изготовляются необходимые приспособления и инструменты;

  • определяются нормы времени для каждого перехода;

  • составляются инструкции оператору.

На уровне макропланирования система должна принимать информацию в форматах STEP AP224 (оптимальный вариант) или в STEP AP203 (более ранний вариант прикладного протокола проектирования), в формате IGES (Initial Graphics Exchange) и информацию чертежа. Пользователю должна быть доступна модель обрабатываемого изделия. В его распоряжении должно быть множество экранов с информацией об изделии, цеховых ресурсах и планах обработки. При этом модель цеховых ресурсов должна включать описание станков, имеющиеся материалы и инструменты, оценку времени обработки, технологические возможности.

В процессе макропланирования можно также оценить стоимость обработки.

Фаза микропланирования.

Микроплан - это шаги операций, осуществляемые числовым программным управлением. Он содержит чертежи и управляющие программы для станков с ЧПУ.

Стратегия фазы микропланирования заключается в том, чтобы принять информацию в формате АР213, выстроенную как стабильная модель для стандартного входа в САМ-систему.

САМ-система выполняет микропланирование в формате АР238 на основе стандарта STEP-NC для каждого станка из тех, которые определены маршрутом операций. При этом САМ-системы проецируют траектории инструментов и постпроцессируют (переводят) их в формат кода ISO-7bit так, чтобы обеспечить совместимость с конкретной системой ЧПУ. Кроме того, разрабатываются схемы установок и коррекции инструментов, а также подробные инструкции оператору.

Фаза изготовления.

Фаза изготовления, как переход CAM-NC, пока не реализована. Для прямого использования инструкций STEP AP238 должны быть разработаны системы ЧПУ очередного поколения, которые смогут воспринимать формат STEP-NC вместо языка ISO-7bit (ISO 6983).

^ 1.8 Разработка управляющих программ в стандарте STEP-NC
Программирование современных систем ЧПУ до сих пор подчиняется стандарту ISO 6983 (DIN 66025), который был разработан больше 50 лет назад. Стандарт поддерживает только простые команды для элементарных перемещений и логических операций. Управляющие программы в стандарте ISO 6983 содержат незначительное количество информации, полученной на уровне систем CAD-CAM. Этот стандарт не позволяет создавать двусторонний обмен информацией между CAM-NC-уровнями.

В отличие от существующего стандарта ISO 6983, стандарт STEP-NC (ISO 14649) позволяет создавать двусторонний обмен информацией. Он предлагает модель того, что нужно сделать, а не детали того, как осуществлять траекторные перемещения и выполнять команды логических переключений.

Согласно новому стандарту ISO 14649 модель представляет процесс получения изделия из заготовки путем удаления типичных форм (features), а также условного или безусловного выполнения ассоциированных с типичными формами переходов (workingsteps). Удаления осуществляется в потоке управления, который задается исполняемыми блоками (executables). При этом используемый инструмент отвечает всем необходимым требованиям и обеспечивает необходимое качество обработки.

Эта модель использует информацию, представленную в форматах АР204 и АР213, вплоть до этапа интерпретации управляющей программы. Такая модель обеспечивает значительные преимущества перед существующей схемой программирования. Однако система управления должна быть способной интерпретировать подобную информацию и генерировать необходимые перемещения и циклы.

Стандарт ISO 14649 устанавливает ряд компонентов функциональности UOF (Units of Functionality):

  • проект (project);

  • изделие (workpiece);

  • типовая форма (feature);

  • исполняемый блок (executable);

  • переход (operation);

  • траектория инструмента (toolpath);

  • измерение (measures).

Отношения между компонентами показаны на рисунке 1.16 в виде упрощенной графической версии объектно-ориентированного языка EXPRESS, который служит средством описания всех прикладных протоколов STEP.

Ядро модели STEP-NC представляет собой план операций (workplans), то есть последовательность исполняемых объектов (executables). Исполняемые объекты инициируют активность станка.

Существуют три типа исполняемых объектов: собственно план операции (workplan), функция ЧПУ (NCfunction) и шаг операции (workingstep).

Шаг операции workingstep описывает процессы, в которые привлечены интерполируемые координатные оси. В отличие от этого функции ЧПУ (NC function) сопоставлены единичным событиям и с интерполяцией не связаны. Шаг операции workingstep является важнейшим строительным блоком управляющей программы ЧПУ стандарта STEP-NC ІSO 14649. Блоки могут быть нейтральными действиями – ускоренными перемещениями rapid movement, измерительными циклами touch probing, а также технологическими шагами операции machining workingstep.


^ Рисунок 1.16 - Отношения между компонентами функциональности в стандарте ISO 14649
Реальное содержание шага операции workingstep специфицировано в объекте-переходе operation. Существует возможность повторного использования информации перехода operation (но не workingstep) для нескольких типичных форм обработки features.

Итак, переход operation может быть ассоциирован с многими типичными формами (features) и использован в разных местах. Он содержит технологический алгоритм (включая стратегию внедрения в материал и вывода инструмента) и указания по настройкам. Переходы имеют черновую и чистовую версии. Предполагается, что интеллектуальные системы ЧПУ будут самостоятельно рассчитывать траектории инструмента для стандартных типичных форм.

Обобщающим компонентом функциональности служит проект. Суть в том, что общая модель STEP-NC может включать описания нескольких изделий и множество планов операций. Проект устанавливает стартовую точку, идентифицируя главный план операций. Управляющая программа для станка с ЧПУ должна быть представлена в формате физического файла (рис. 1.17).

Первая секция программы служит заголовком (header). Здесь представлена информация общего характера и комментарии (имя файла, автор, дата и др.).

Рисунок 1.17 - Структура управляющей программы для станков с ЧПУ
Дальше следует секция данных, которая приоткрывается ключевым словом Data. Эта секция делится на три части: план операций (исполняемые блоки), технологические и геометрические описания. Один из исполняемых блоков содержит структуру программы. Для того чтобы изменить последовательность операций, довольно внести изменения лишь в этот блок.

Пример использования управляющей программы в подобном виде (стандарт ISO 10303-21) демонстрируется фирмой Siemens:

File:

Header

#1=Project (Workplan #10);

#10=Workplan(#20, #35, #71,...);



#20=Machining_Workingstep (#(Feature), #22(Operation));

#21=Round_hole ('Hole M6'.....);

#22=Drilling (#... (Tool), ,,#... (Technology), #... (Machine_functions));



#35=Machining_Workingstep (...);

ISO-10303-21

Использование такого формата дает ясное представление о процессе обработки.

Нужно иметь в виду, что синтаксис ISO 10303-21 (STEP часть 21 - кодирование в текстовой форме) не допускает расширений и не предусматривает использования гипертекстовых механизмов. В связи с этим возникли предложения по использованию в управляющих программах ЧПУ языков EXPRESS и XML.

Язык XML имеет большую гибкость и возможности к расширению, что обеспечивает ему следующие преимущества:

  • XML-документы могут быть обработаны Web-браузерами. При этом технология браузеров позволяет визуализировать сущности.

  • XML-описания обычно используются в обмене нейтральными данными, но могут быть также использоваться в разделяемых специализированных базах данных и архивах.

Если модель содержит EXPRESS-схему, то ее можно конвертировать в XML DTD (Document Type Declaration) с использованием специальных правил отображения.

Использование EXPRESS-репозитория и XML DTD позволяет получить XML-файл для системы ЧПУ. Схема генерации управляющей XML-программы (NC-файла) с EXPRESS-модели данных CNC показана на рисунке 1.18.


Рисунок 1.18 - Схема генерации управляющей XML-программы ЧПУ
Преимущества новых языков описания информационных моделей можно видеть из сопоставления существующей модели (ISO 6983), представленной на рисунке 1.19, и перспективной модели (ISO 14649) управляющих программ ЧПУ, представленной на рисунке 1.20.

Из рисунка 1.19 видно, что в существующей модели (ISO 6983) управляющая программа, написанная на языке ISO-7bit, не дает формального определения процесса обработки. Здесь технологический процесс задан неявно, что неудобно для редактирования, архивирования и повторного использования.

Из рисунка 1.20 можно сделать вывод, что при применении стандарта ISO 14649 и языка EXPRESS технологический процесс имеет явное представление, которое создает удобства в редактировании, архивировании и повторном использовании программ.

Рисунок 1.19 - Существующая модель управляющей программы ЧПУ

Рисунок 1.20 - Перспективная модель управляющей программы ЧПУ
Итак, новые языки программирования работают с технологическими задачами, привязанными к типичным формам (features). Одной из таких задач может быть, например, обработка кармана.

Таким образом, использование STEP-синтаксиса позволяет осуществить прямой обмен информацией между CAD/CAM/CNC системами. Если к геометрическим данным, которые импортируются непосредственно в систему ЧПУ, прибавить технологическую информацию, то управляющая программа может быть сгенерирована системой ЧПУ. Но для этого необходимо, чтобы система ЧПУ имела соответствующий интерпретатор управляющей программы.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16

Похожие:

Конспект лекций iconЭтика курс лекций (на основе книги: Этика (конспект лекций)
Этика (конспект лекций). – М.: «Приор-издат», 2002. Автор-составитель Аристотель. Никомахова этика. Сочинения: в 4-х т. Т. М.: Мысль,...

Конспект лекций iconКонспект лекций для студентов направления 070104 «Морской и речной транспорт»
Конспект лекций рассмотрены и одобрены на заседании кафедры «Судовождение» кгмту

Конспект лекций iconКонспект лекций Утверждено Редакционно-издательским советом в качестве...
Чижов М. И., Юров А. Н. Информатика и информационные системы: Конспект лекций. Воронеж: Воронеж гос техн ун-т, 2003. 148 с

Конспект лекций iconКонспект лекций по дисциплине «Безопасность жизнедеятельности»
Безопасность в чрезвычайных ситуациях и гражданская оборона. Конспект лекций. Рубцов Б. Н. М. Миит, 2001

Конспект лекций iconКонспект лекций для студентов сектора второго высшего образования...
Конспект лекций разработан кандидатом экономических наук, доцентом кафедры «Экономическая теория и кибернетика» Одесского государственного...

Конспект лекций iconКонспект лекций по дисциплине "инвестирование"
Конспект лекций по дисциплине «Инвестирование» для студентов экономических специальностей всех форм обучения Сост.: В. М. Гридасов...

Конспект лекций iconКонспект лекций Киров 2010 удк 681. 332
Теория автоматов (часть I). Конспект лекций /Киров, Вятский государственный университет, 2010, 56с

Конспект лекций iconКонспект лекций по дисциплине «Делопроизводство»
Опорный конспект лекций по дисциплине «Делопроизводство» для студентов 2 курса (3 семестр) сгф для направления 101100. 62 «Гостиничное...

Конспект лекций iconКонспект лекций Содержание Введение 4 Тема Экономическая теория:...
Предлагаемый читателям конспект лекций разработан в соответствии с типовой программой дисциплины «Основы экономических теорий» для...

Конспект лекций iconКонспект лекций по философии подготовлен в соответствии с типовой...
Философия : конспект лекций для студентов всех специальностей дневной и заочной форм обучения / сост. А. П. Мядель : Учреждение образования...

Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2013
контакты
zadocs.ru
Главная страница

Разработка сайта — Веб студия Адаманов