IntNC – современная цифровая система ЧПУ

  • Архитектурное построение большинства отечественных СЧПУ в основном пов­торяет решения зарубежных образцов 80­90 гг. ХХ века. Вычислительное ядро базируется на компьютерных процессорах Intel Pentium или подобных, быстродействие которых часто оказывается недостаточным при высокоскоростной контурной обработке. ПО основано на 16­разрядной сетке, совместимой в основном с ОС MS DOS, что не отвечает требованиям современного пользовательского интерфейса. В большинстве случаев используется аналоговый вариант управления приводами, что ограничивает их точностные характеристики. В результате, существующие оте­чественные СЧПУ зачастую оказываются малоэффективными в условиях повышения требований к производительности, точности и скорости обработки. 

Пульт оператора IntNC

Пульт оператора IntNC

 

Силовой преобразователь IntDRIVE-11D

Силовой преобразователь IntDRIVE-11D

Блок управления IntNC-800D

Блок управления IntNC-800D

К достоинствам СЧПУ ведущих зарубежных производителей следует отнести комплектность поставки, наличие цифровых вариантов исполнения, современную архитектуру, развитый набор аппаратного и программного обеспечения. Недостатками являются высокая стоимость, долгие сроки поставки и ремонта, а также ряд функциональных ограничений при поставке на экспорт.

Таким образом, актуальной задачей является создание отечественной современной надежной и высокопроизводительной цифровой СЧПУ.

В научно­техническом центре «ИНЭЛСИ» (г. Иваново) разработана цифровая СЧПУ IntNC (Intellectual Numeric Control) – комплексная передовая отечественная система управления станком нового поколения, выполненная полностью по цифровой технологии, все компоненты которой (устройство ЧПУ, электроприводы, контроллер электроавтоматики, периферийные устройства и пульт оператора) являются продуктом одного производителя.

  • Основным принципом, положенным в основу IntNC, является интеграция на единой вычислительной платформе трех приоритетных задач управления станком: расчет траектории движения, управление приводами, контроль электроавтоматики. Все эти функции выполняются промышленным контроллером движения (КД), предназ­наченным для отработки процессов в реальном времени. В этом случае достигается максимальная компактность построения всей системы, существенно уменьшается число интерфейсных связей, появляются принципиально новые технологические возможности.

  • На терминальном уровне в IntNC используется промышленный компьютер, обеспечивающий современный пользовательский интерфейс, совместимый с ОС Windows, и возможность пользования развитыми инструментальными средствами. Это позволяет интег­рировать в систему такие современные технологии, как удаленный доступ, техническое зрение, дистанционную диагностику и т.п.
  • Двухпроцессорная архитектура СЧПУ позволяет наиболее эффективно разделить выполнение задач управления в «жестком» РВ и обработки терминальных задач, визуализации, снимая тем самым ограничения на скорость их выполнения. При этом надежность такой системы остается на высоком уровне, поскольку работоспособность КД не зависит от сбоев в работе ПК. Обмен информацией между КД и ПК производится на равноправном уровне через двухпортовую память. Следует отметить, что в настоящее время двухпроцессорная архитектура доминирует в СЧПУ Siemens, Bosch Rexroth, Heidenhain, Mitsubishi Electric.

Другим не менее важным элементом системы управления металлорежущим станком, во многом определяющим технические характеристики системы ЧПУ в целом, является электропривод. Поэтому следующий базовый принцип – это использование цифровых приводов подач и главного движения. Для его реализации создан специализированный быстродействующий цифровой интерфейс управления электроприводом, разработаны и программно реализованы алгоритмы управления асинхронными, вентильными, шаговыми, линейными двигателями и двигателями постоянного тока.

В настоящее время в приводе подач металлорежущих станков применяются в основном двигатели постоянного тока и вентильные. Однако их высокая стоимость, эксплуатационные и ремонтные трудности являются причиной того, что на протяжении последних 30 лет ведутся активные работы по созданию станочных приводов на основе асинхронного двигателя, как наиболее простого, дешевого и практически не требующего обслуживания. При этом наиболее надежным и качественным является цифровой вариант управления стандартными асинхронными двигателями. 

Эффективным средством решения задачи управления электроприводами металлорежущих станков является функциональное и пространственное разделение электропривода подачи в рамках СУЭО на две составляющие: силовой преобразователь (СП) и систему управления, программно реализованную в КД и включающую алгоритмы координатных преобразований, расчет регуляторов, обработку сигналов датчиков, коммутацию силовых ключей. Это позволяет отказаться от автономных «интеллектуальных» преобразователей и использовать вместо них силовые модули, служащие только для усиления сигналов коммутации силовых ключей и реализации средств защиты, что увеличивает надежность работы всей системы и существенно снижает стоимость электропривода в целом.

В металлорежущих станках электропривод подачи обеспечивает два основных типа движения: позиционирование и движение по заданной траектории. В ряде отечественных систем ЧПУ в контуре положения реализуется простейший закон управления – пропорциональный, что требует компенсации возникающих ошибок дополнительными средствами. Однако задача управления движением в станках является достаточно сложной и требует более эффективных средств. Типовым вариантом в развитых СЧПУ является алгоритм на основе ПИД – регулирования координат с компенсацией сухого трения и каналами упреждения по скорости и ускорению. Кроме того, целесообразно использовать программно реализованные частотные фильтры для демпфирования резонансных колебаний, возникающих при определенных значениях собственных частот механических компонентов кинематической схемы станка. Необходимо преду­смотреть возможность построения и использования регуляторов, для управления механизмами, в кинематической цепи которых содержатся нелинейные элементы, упругие звенья и зазоры. Для сложных объектов управления требуется предоставить возможность использования регуляторов высокого порядка (например, полиномиа­льных), а в ряде случаев и регуляторов, создаваемых пользователем. Только при наличии таких вариантов исполнения можно рассчитывать на получение требуемого качества управления в современном металлорежущем оборудовании.

Следует отметить, что разработанные решения позволяют сохранить высокую точность обработки при существенном повышении рабочих скоростей. В качестве интегральной оценки качества работы приводов была выбрана ошибка отклонения от круговой траектории при скоростях подач близких к быстрым перемещениям. В результате при отработке кругового движения (D = 150 мм) с асинхронными двигателями АИР100L4 на рабочей подаче F = 6 м/мин максимальное отклонение от заданной траектории составило 4 мкм. Достигнутые в результате настроек высокие жесткость и динамические показатели приводов позволяют на одном станке совмещать черновую и финишную операции, вести обработку закаленных и конструкционных сталей.

Ключевой особенностью СЧПУ

IntNC является принцип открытой архитектуры, эффективность применения которого доказана в компьютерных технологиях. Традиционно СЧПУ строились как закрытые системы. Это объяснялось желанием производителей сохранить потенциального заказчика, обеспечить продажи комплектующих, ПО, услуг и т.п. Однако сегодня такой подход находит все меньше поддержки среди потребителей. Поэтому при разработке системы ЧПУ учитывалась максимально возможная независимость пользователя от монополии конкретного производителя.

В аппаратной части СЧПУ IntNC предоставляется возможность подключения к системе управления любого типа двигателя по выбору пользователя без каких­либо дополнительных затрат. В этом случае потребуется изменить только программные настройки в системе. В зависимости от производственных потребностей возможен как цифровой, так и аналоговый варианты управления электроприводом, что позволяет в ряде случаев сохранить существующие силовые преобразователи. Применение промышленного компьютера с ОС Windows XP Professional для встраиваемых систем дает возможность интегрировать в состав системы стандартные компьютерные компоненты, а использование интерфейсов USB, Ethernet, PCI, RS­232/422 позволяет подключать к ней оборудование других производителей, включая разработанное пользователем.

В программной части СЧПУ IntNC реализована возможность  выбора структуры регуляторов, их модификации и даже написания собственного алгоритма. Предусмотрен доступ к информации любого модуля. Разработан алгоритм, позволяющий пользователю создавать собственные G­функции. Использование ОС Windows допускает применение приложений пользователя, различных CAD/CAM систем, поддерживает внешнее сетевое окружение. СЧПУ производит сбор, первичную обработку и накопление информации о параметрах и состоянии технологического процесса и может быть достаточно легко интегрирована в различные SCADA­системы. Для случаев, когда оператору приходится брать на себя функции технолога­программиста, предусмотрены готовые шаблоны.

Набор программных утилит СЧПУ IntNC:

IntSET – конфигурирование аппаратно­программных параметров и пользовательских переменных;

IntPLC – разработка и отладка программ управления и контроля электроавтоматики станка;

IntTUNE – автоматическая и ручная настройки электроприводов;

IntDIAG – диагностика входов/выходов, состояния приводов, сбор и отображение информации в реальном времени.

Система ЧПУ IntNC выпускается в двух исполнениях: IntNC­400D – 4 оси и IntNC­800D – 8 осей (опционально до 12 осей).

Система ЧПУ IntNC устанавливалась на металлорежущие станки моделей 16А20Ф3, 16К30Ф3, DFS­400, 6Р13Ф3, 6Т13Ф3, ГФ2171Ф3, МА655А8, ОС1000, 2550ПМФ4, 2E450АМФ4, 1П732РФ3, 2А622Ф4, ИР1250, ИС500ПМФ4 и др.

Среди активных пользователей IntNC ОАО «Ивановский завод тяжелого станкостроения», ОАО «Автомобильный завод «Урал», ОАО «Ковровский механический завод», ОАО «Автодизель», ПТОО АВТОВАЗ,  ОАО «Красмаш», ОАО «Орелтекмаш»,  ООО «Вати­Авто», ЗАО «Череповецкий завод металлоконструкций», Ивановский государственный энергетический университет и ряд других организаций.

Е.В. Красильникъянц 



Г.А. Булдукян, В.В. Ельниковский 

 

А.Н. Дербенев, Ю.С. Тарарыкин



Р.Ю. Наумов

 

НТЦ «ИНЭЛСИ»

 

Тел. (4932) 26­97­77,  26­97­03

 

E­mail: info@inelsy.com

 

Http://www.inelsy.com

 

 

<"