Как работает ЧПУ?

Сообщение **Mirmik** » 10 ноя 2016, 16:45

Товарищи, Кто знает, как работает ЧПУ?

На чем строится вычислительная часть?
Движением по осям обрабатывается разными процессорами, или один процессор рулит всей системой?
Если разными, то как осуществляется синхронизация?

Какую-нибудь общую информацию хочется.

Сообщение **Ryzhij** » 10 ноя 2016, 19:07

Движение по осям в ЧПУ процесс достаточно неторопливый, и даже один процессор вполне справляется с этим.
Проблемы начинаются при увеличении числа осей перемещения и в стремлении изобразить в пространстве лекальную (не формализуемую математически) поверхность. Но это обычно проблемы с памятью и скоростью обмена с приводами. Тут не получится даже смарт-приводам и сервомодулям передавать т.н. долгоиграющие примитивы, приходится вести их "за ручку".

В ЧПУ есть подсистемы:
- интерполятор траектории;
- система позиционирования и коррекции;
- контроллер электроавтоматики;
- человеко-машинный интерфейс.
Работают эти подсистемы как правило под RTOS.

Сообщение **Mirmik** » 11 ноя 2016, 11:45

А как решается проблема скорости обмена в таких системах?

Сообщение **Ryzhij** » 11 ноя 2016, 12:00

Обмена с чем? Если с сервомодулям, то применением протокола с передачей команд включающих метки времен и синхронизацией времени в системе. Одна команда позиционирования исполняется сервомодулям несравненно дольше, чем передача ему целой цепочки команд. Центральный блок раздает сервомодулям осей расписание типа "куда, когда и как" двигаться. Чем витееватее поверхность, тем более подробные инструкции нужны.

Сообщение **Mirmik** » 11 ноя 2016, 12:07

Сервоусилители, которые мы используем в своих системах (производитель Mitsubishi), как мне кажется (после многочасового бдения над документацией) подобных функций не предоставляет. А то, что предоставляет, сделано очень странно. Не могли бы подсказать какие-то модели сервоусилителей и контроллеров, которые можно было бы назвать типовыми для использования в таких системах.

Я хочу понять, это я дурак, или у Mitsubishi какое-то специфическое видение того, как оно должно работать?

Mirmik писал(а):
Я хочу понять, это я дурак, или у Mitsubishi какое-то специфическое видение того, как оно должно работать?

Да нет. Предоставляют. Но тут зависит от модуля позиционирования больше. У полноценных модулей (Q75, L75) есть интерполяция, и межосевая в том числе.
Если говорить о Mitsubishi, ЧПУ и Серво, то у Mitsubishi ЧПУ и Серво разделены. Вплоть до того, что модельный ряд приводов разный. Если вам нужно ЧПУ, то смотрите документацию по CNCs системам Mitsubishi. Если вы работаете с Mitsubishi MR-J, MR-E, то у вас не ЧПУ.

Сообщение **Mirmik** » 11 ноя 2016, 12:43

Ага... Вот в чем дело. Да, у нас именно Mitsubishi MR-J.

Mirmik писал(а): Ага... Вот в чем дело. Да, у нас именно Mitsubishi MR-J.

Что, тем не менее, не помешает вам сделать при необходимости сложные много осевые движения. С межосевой интерполяцией. И с безостановочными переходами между частями траекторий. Посмотрите описание модулей Q75, L75 в части таблицы заданий.

Основное отличие ЧПУ и motion (не ЧПУ): ЧПУ умеет работать с G кодами и используется там, где необходимо их использовать. Если можно обойтись без них, то подойдёт motion или simple motion .

Сообщение **Mirmik** » 11 ноя 2016, 13:47

А если я вот так поставлю вопрос:
Отойдем от ЧПУ, потому как моя задача, как мне кажется, таки неспецифична для ЧПУ.

В моей системе выдвигаются жесткие требования на то, чтобы центральный процессорный модуль (неважно, кто за него) в каждый момент времени четко знал, где конкретно находится изделие. Если мне недостаточно отправить синхронно задание на сервоусилители и ждать результата выполнения, но надо кроме того очень точно определять реальное текущее положение... Имеет ли смысл пытаться использовать в этой задаче сервоусилители или надо замыкать систему управления через центральный процессор. Как вы думаете?

Сообщение **pike** » 11 ноя 2016, 14:37

Mirmik писал(а):
На чем строится вычислительная часть?

Промышленный компьютер с ОС реального времени.

Mirmik писал(а): Движением по осям обрабатывается разными процессорами, или один процессор рулит всей системой?

Контроль движения обрабатывается в одной задаче, на 1 процессоре.
Другие процессоры грузятся другими функциями, визуализацией например.

Ключевой вопрос архитектуры, где замыкается контур позиционирования:
1) в самой ЧПУ (аналоговое управление, старая цифра).
2) в приводах (цифровое управление, motionbus: Ethercat, Sercos, Mechatrolink...).
В втором случае требования к приводам выше, но оно того стоит.

Сообщение **Ryzhij** » 11 ноя 2016, 15:21

Mirmik писал(а): Если мне недостаточно отправить синхронно задание на сервоусилители и ждать результата выполнения, но надо кроме того очень точно определять реальное текущее положение... Имеет ли смысл пытаться использовать в этой задаче сервоусилители или надо замыкать систему управления через центральный процессор. Как вы думаете?

Положение в ЦПУ можно получать как с сервомодулей, так и с энкодеров.
Архитектурно можно по-разному всё это выстраивать.

Сообщение **Mirmik** » 11 ноя 2016, 18:28

Насколько вообще типично считывать положение на ЦПУ непосредственно с энкодеров?

Сообщение **Ryzhij** » 11 ноя 2016, 19:05

Mirmik писал(а): Насколько вообще типично считывать положение на ЦПУ непосредственно с энкодеров?

Раньше (25-30 лет тому) только так и работали ЧПУ. Многопроцессорные сетевые архитектуры довольно молоды, а тогда сервомодули были в диковинку.

Mirmik писал(а): Насколько вообще типично считывать положение на ЦПУ непосредственно с энкодеров?

Пусть серво отрабатывает задание. Это его задача. Если нужно знать положение, получайте его от серво.
Вообще, двигатель с энкодером и сервоусилитель - это достаточная система. Вы не можете не подключить энкодер к сервоусилителю (это работать не будет), а забрать сигнал с него наверх. Вообще вы и так всегда знаете где объект - он там, где вы его просили быть. Если он не там, то серво выдаёт аварию и встаёт. Если есть опасение за люфты, то можно либо строить движения в одну сторону (если это возможно), либо установить энкодер (второй) на непосредственно головку, но путь это тоже серво разруливает. Я считаю, что подменять серво контроллером верхнего уровня не верно, это костыли: и серво и модули позиционирования имеют весь необходимый функционал. Но это всё относиться к системам высокого класса с серьёзными требованиями по точности. И серво тут стоит существенных денег. Часто сталкивались с такой постановкой задачи как у вас, и в итоге выясняется, что всё вполне можно сделать на шаговике или асинхроннике с энкодером на перемещаемом органе, и управляется это всё обычным контроллером без moition и даже без simple motion. и совсем без серво, как покупной единицы оборудования. И точность подходит под задачу, и бюджет.

Сообщение **Mirmik** » 12 ноя 2016, 22:56

Вообще вы и так всегда знаете где объект - он там, где вы его просили быть.

К сожалению, нет... Сервоусилитель отрабатывает уставку не мгновенно. Есть переходный процесс, есть статическая ошибка.
P.S. У нас по точности микроны... Так что мы как раз, я думаю, попадаем в эти точные системы.

Сообщение **VaBo** » 13 ноя 2016, 11:57

Можно чуть переформулировать:
Вообще вы и так всегда знаете где объект - он там, где вы его просили быть. +- текущее рассогласование.

Сообщение **Ryzhij** » 13 ноя 2016, 14:06

Mirmik писал(а):
Вообще вы и так всегда знаете где объект - он там, где вы его просили быть.
К сожалению, нет... Сервоусилитель отрабатывает уставку не мгновенно. Есть переходный процесс, есть статическая ошибка.
P.S. У нас по точности микроны... Так что мы как раз, я думаю, попадаем в эти точные системы.

Если Вы подумайте, то поймёте, что это знание ничего не дает.
Управлять-то Вы все равно будете через сервомодули...

Mirmik писал(а):
Вообще вы и так всегда знаете где объект - он там, где вы его просили быть.
К сожалению, нет... Сервоусилитель отрабатывает уставку не мгновенно. Есть переходный процесс, есть статическая ошибка.
P.S. У нас по точности микроны... Так что мы как раз, я думаю, попадаем в эти точные системы.

Ок. Серво, замкнутая система, отрабатывает позиционирование. Обеспечивает определённую точность. Разорвав контур и включив в него верхний уровень точность вы не увеличите. Это факт. Это костыли и велосипедостроение. Если нужно приехать в заданную точку и встать, то после отработки задания, серво там будет. Тут уже больше вопросов к механике. Если нужно компенсировать люфты, стат ошибки - это второй энкодер к серво. Штатная функция. Если нужна динамика, межосевая интерполяция, то модули позиционирования, о которых я писал выше это обеспечивают. Если верх параноидально хочет знать положение серво - возьмите его от серво. Так же рекомендую посмотреть серво и модули позиционирования, работающие по SSCNET. Микроны для Mitsubishi серво - не вопрос. Тут скорее вопрос к механике. Проблемы в механике серво устранить не может. Верхний уровень тоже не может.

Сообщение **Mirmik** » 14 ноя 2016, 11:58

Верх параноидально хочет знать положение.

Именно. Такого ТЗ.

Задача у меня такова, что по мере прохождения изделием по траектории движения, в определенных точках нужно (не останавливаясь) выдавать синхросигнал, причем делать это с большой точностью (на мой взгляд - с неоправданно большой, но такого ТЗ). Я уже понял, что это не задача для классических ЧПУ систем.

Функциональный(компонентный) анализ изделия показал, что точного позиционирования в системе в общем-то даже и не требуется (по крайней мере, пока речь идет об одной оси), но при этом все равно требуется точное определение положения (стоит энкодер на выходном звене).

Мы заводим энкодер с выходного звена на сервоусилитель, но возникает вопрос съема данных с него. Наши Mitsubishi не могут хорошо отдать эту информвацию. Возможно можно найти такие, которые могут, но я бы не хотел зависеть от конкретной модели СУ. Сейчас я собираюсь предложить вариант с паралельным съемом информации с выходного энкодера специальным изделием, которое будет решать задачи генерации синхросигналов (которое в перспективе будет снимать информацию сразу с нескольких осей)...

Если мы все-таки работаем с опросом информации с сервоусилителя (пусть даже по SERCOS или другим скоростным каналам), все равно из-за формата запрос-ответ теряется точность определения момента времени. Я предлагал временную экстраполяцию на стороне ЦПУ, но заказчик не хочет экстраполяцию. Говорит, что это плохо, а яне готов писать стостраничный труд с доказательством того, что это не приводит к значимой потере точности...

Сообщение **Jackson** » 14 ноя 2016, 13:49

Mirmik писал(а): Именно. Такого ТЗ

"ТакоВо", в данном случае.

Сообщение **Mirmik** » 14 ноя 2016, 14:02

TEB писал(а):
Mirmik писал(а): Именно. Такого ТЗ
"ТакоВо", в данном случае.

Благодарю вас, у меня с этим проблемы.

Mirmik писал(а):
Верх параноидально хочет знать положение.

Именно. Такого ТЗ.

Задача у меня такова, что по мере прохождения изделием по траектории движения, в определенных точках нужно (не останавливаясь) выдавать синхросигнал, причем делать это с большой точностью (на мой взгляд - с неоправданно большой, но такого ТЗ).

То есть вы хотите, чтобы верхний уровень, пролетая над гнездом кукушки, в него плюнул. И попал. Но реакция на выдачу команды верхним уровнем будет определяться временем цикла ПЛК. В лучшем случае это 0,5мс. Для простоты возьмём 1мс. Это без учёта инерционности исполнительного механизма, которую собственно можно учесть. А вот цикл программы контроллера верхнего уровня - это чистая погрешность. И она не постоянна, а находится в диапазоне 0-1мс.
Ранее вы писали о требуемых микронных точностях. Тогда для достижения такой точности потребуется движение со скоростью 1х10^-6 м / 1х10^-3с = 10^-3 м/с. Плевки должны идти ну уж очень часто, чтобы это по времени было выгоднее, чем отпозиционироваться над точной, плюнуть и поехать к следующей.

Mirmik писал(а): Функциональный(компонентный) анализ изделия показал, что точного позиционирования в системе в общем-то даже и не требуется (по крайней мере, пока речь идет об одной оси), но при этом все равно требуется точное определение положения (стоит энкодер на выходном звене).

Вот не так тут что-то с постановкой задачи.

Mirmik писал(а): Мы заводим энкодер с выходного звена на сервоусилитель, но возникает вопрос съема данных с него. Наши Mitsubishi не могут хорошо отдать эту информвацию.

Могут. Есть в конце концов выходы виртуального энкодера (LA, LB, OP), который можно затащить наверх и считать положение.

Mirmik писал(а): Возможно можно найти такие, которые могут, но я бы не хотел зависеть от конкретной модели СУ. Сейчас я собираюсь предложить вариант с паралельным съемом информации с выходного энкодера специальным изделием, которое будет решать задачи генерации синхросигналов (которое в перспективе будет снимать информацию сразу с нескольких осей)...

Тогда ваши заказчики будут зависть исключительно от ваших изделий. Грамотный подход.
Ну, и учитывая то, что я писал о задержках и точностях. Аппаратный счёт положения по энкодеру (полученному от серво или физическому, расположенному на головке) - это единственный вариант обеспечить требуемую точность.

Сообщение **pike** » 15 ноя 2016, 13:38

Mirmik писал(а):К сожалению, нет... Сервоусилитель отрабатывает уставку не мгновенно. Есть переходный процесс, есть статическая ошибка.
P.S. У нас по точности микроны... Так что мы как раз, я думаю, попадаем в эти точные системы.

С цифровым управлением через motion сети, это не совсем так и по этому у них точность выше. Фанук на цифру перешел еще в 80-х.

Mirmik писал(а):
Верх параноидально хочет знать положение.

Если мы все-таки работаем с опросом информации с сервоусилителя (пусть даже по SERCOS или другим скоростным каналам), все равно из-за формата запрос-ответ теряется точность определения момента времени. Я предлагал временную экстраполяцию на стороне ЦПУ, но заказчик не хочет экстраполяцию. Говорит, что это плохо, а яне готов писать стостраничный труд с доказательством того, что это не приводит к значимой потере точности...

Не верно, motion сети работают с меткой времени, distributed clock, так же не верно представляете режим опроса в таких сетях.
Почитайте хотя бы как Ethercat с приводами работает, что такое Interpolated Position Mode, различные Synchronous Mode.

Сообщение **Ryzhij** » 15 ноя 2016, 13:53

Mirmik писал(а): Задача у меня такова, что по мере прохождения изделием по траектории движения, в определенных точках нужно (не останавливаясь) выдавать синхросигнал, причем делать это с большой точностью (на мой взгляд - с неоправданно большой, но такого ТЗ). Я уже понял, что это не задача для классических ЧПУ систем.

Это называется "электронный кулачёк" (по сути - это сигнал прерывания по заданному положению). Такой функционал есть во многих сервоприводах. Верхний уровень до такого не снисходит, с него только параметры "электронного кулачка" в сервопривод отправляют.

Может достаточно сгенерировать событийный сигнал "точка А достигнута" или прям сигнал энкодера надо слать? Я не понимаю зачем такой сигнал, ведь верхний уровень все равно не работает в жестком реальном времени. Давайте больше инфы, мы решим Вашу задачу по-другому.