Магистрально-модульный принцип построения ЧПУ

В зависимости различных архитектурных реализаций системы ЧПУ, существуют разные способы организации связей и типы применяемых интерфейсов.

 

Организация связей в ЧПУ-системе является одним из наиболее значимых вопросов, оказывающих влияние на правильную и рациональную  работу  системы.

 

Введение

В настоящее время устройства ЧПУ стоятся по магистрально-модульному принципу. Данные системы оснащаются объектно-зависимыми модулями, связанными между собой посредством системной магистрали и различных каналов связи.

Рис. 1 отображает структурную схему однокомпьютерной ЧПУ-системы,  относящейся к классу PCNC, имеющей  внутренние контроллеры и наглядно представляющей организацию связей такой системы.

 

Рис. 1. ЧПУ-система, оснащенная  внутренними контроллерами

 

В настоящее время популярностью для таких систем пользуются магистрали VMEbus и CompactPC. Многоцелевые станки имеют число каналов электроавтоматики до 1024, а число управляемых осей  — до 32. При этом  разнесенность составляющих системы принуждает осуществлять поиск вариантов с меньшей длиной кабелей соединительного типа. Одним из таких вариантов является система, имеющая внешние контроллеры (рис.2). Контроллеры, рекомендованные к применению: SMART от немецкой компании РEP Modular Computers.

 

SMART предлагает широкую линейку модулей, дающую возможность с легкостью изменять конфигурацию; является отличным сочетанием преимущества онлайновой операционной системы ОS-9 и интуитивно понятного интерфейса сети Profibus.

 

Рис. 2. Система ЧПУ, оснащенная внешними контроллерами

 

Любая архитектурная реализация требует отладки взаимодействия между компонентами системы:

ПК (при формировании локальной сети управления);

компьютером и контроллерами;

контроллерами и механизмами электрической автоматики;

контроллерами и приводами слежения.

Взаимодействие между периферийными устройствами и компьютером

Связь ПК и периферийного оборудования организуется посредством стандартных терминальных интерфейсов.

Стандартная комплектация ПК включает восьмиразрядный параллельный интерфейс Сentrоnics, который служит только для передачи в одностороннем порядке информации от ПК на внешнее устройство на максимальных скоростях до 100 Кбит/с при расстоянии до 2 метров.

 

Компаниями Intel, Хircon, Zenith и прочими в ходе совместных разработок получена спецификация улучшенного параллельного порта ЕРР (EnhancedParallelPort). Он представляет собой двунаправленный порт, т.е.  готов обеспечивать передачу 8 бит информации в двух направлениях. Такой порт оснащен буфером, способным сохранять исходящую и входящую информацию до момента, при котором устройство будет иметь возможность их принять. Определенный режим дает возможность порту ЕРР выполнять передачу блоков данных непосредственно из оперативного запоминающего устройства ПК на внешнее устройство и в обратном направлении, а не через процессор. Для применения данного порта необходимо только специальное ПО, позволяющее выполнять обмен информацией со скоростью до 2 Мбит/с и подключение в цепь до 64 периферийных устройств.

Последующим развитием порта ЕРР стал порт, имеющий расширенные  функции — ЕСР (ExtendedCapabilityPort). Данный порт обеспечивает еще более высокую скорость передачи. Как и в предыдущей версии, в ЕСР имеется аналогичный режим синхронизации  данных посредством канала  прямого доступа к памяти, позволяющий снизить загрузку процессора в ходе  передачи данных через порт. ЕСР-порт дает возможность подключения до 128 периферийных устройств.

Наиболее распространенным из последовательных интерфейсов,  соответствующим стандарту EIA, является интерфейс RS-232С (ССIТТ V.24), который входит в традиционную комплектацию ПК и имеет довольно широкий спектр применения. Интерфейс RS-232С служит для синхронизации  2-х устройств. Передатчик одного из устройств присоединяется к приемнику  другого и наоборот, что позволяет обеспечивать  полнодуплексный режим трансляции данных. Для того, чтобы управлять подключенным устройством, применяют добавочные линии порта RS-232, а также спецсимволы, которые добавляются к передаваемым данным.

Разработка стандарта EIА RS-422А (ССITT V.11) велась в 1975 году. Созданный интерфейс применяет симметричную линию связи и отличается обеспечением  отличного подавления общих помех за счет применения витой пары как линии связи. Каждый из передатчиков может быть синхронизирован с несколькими приемниками, что позволяет осуществлять одновременный обмен данными  с несколькими устройствами.

Одним из наиболее распространенных для промышленной сферы стандартов является EIА RS-485, использующий симметричную двухпроводную линию соединения  для двунаправленной передачи данных. Интерфейс дает возможность реализовывать сети, имеющие число абонентов до 32, а протяженность – 1200 м. Использование ретрансляторов дает возможность увеличить дальность соединения свыше 1200 м или сформировать новый сегмент. Система связи, реализованная с применением интерфейса RS-485, функционирует в режиме полудуплекса, прием-передача данных выполняется посредством одной витой пары проводов (рис.3).

Рис. 3. Реализация интерфейса RS-485

 

Далее приведены наиболее распространенные характеристики последовательных интерфейсов, служащих для передачи данных.

 

Соединение между ПК

Коммуникационные вопросы сегодня стоят более остро, чем некоторое время назад. Это связано с появлением сетевых систем управления DNC (DirectNumericalControl), увеличением круга итоговых пользователей и пр.

Особо распространенным сетевым решением сегодня является Ethernet, при этом повышение скорости функционирования его до 100 Мбит/с максимально увеличивает популярность этого стандарта [2]. При этом использование сети Ethernet ограничивается тем, что в ЧПУ-системах необходимо принятие онлайн-решений. Это обусловлено недетерминированной природой протокола Ethernet. Иначе, при большой сетевой загрузке возникает незначительная, но ненулевая вероятность того, что данные, посланные одним из узлов, не смогут достигнуть адресата. Поэтому в системах, где существует необходимость гарантированной  доставки информации в течение строго определенного интервала времени, оптимальным решением становятся протоколы Tokеn-Ring (4/16 Мбит/с), а также Аrcnet (2,5 Мбит/с). Сегодня разработан стандарт Аrcnet II, который обеспечивает скорость передачи порядка 20 Мбит/с, но его применение ограничивается невысокой поддержкой производителей специальных сетевых микросхем. Те, кто уже применял протокол ATМ (Asynchronous Transfer Mode), с уверенностью заявляют, что ATM со временем вытеснит всех, и Ethernet в том числе, и возможно, что они окажутся правы (в случае, если производители микросхем поддержат ATM). Возможно, существенное значение для широкого внедрения ATM окажет  IBM, которая разработает  дешевый вариант данного протокола со скоростью 25 Мбит/с.

Связь между ПК и интеллектуальными контроллерами

Соединение ПК и интеллектуальных контроллеров осуществляется, как правило, посредством  последовательных полевых шины (Fieldbus). В данную категорию входит ряд  европейских Рofibus(DIN-19245), FIP(UТE-C46-6хх), Вitbus (IЕЕЕ-1118), CAN (ISО/DIS-11898), Interbus_S (DIN-9258) и разработанные в США — Foundation Fieldbus по  конкурирующим стандартам  HART. Разрабатывается общеевропейский стандарт ЕN 50170, который будет объединять Рrofibus и FIР.

 

Рис. 4. Распределение европейского рынка полевых стандартов

 

Из рис. 4 видно (согласно статье В. Коваленко «Современные индустриальные системы»//«Открытые системы», №5, 1997), что максимально интересной является сеть Рrofibus – обязательная составляющая  всех новых средств автоматизации первого уровня. Данный стандарт является открытым, определяющим обмен информацией с различными элементами автоматизации PС, PLC, операционными панелями,  датчиками, силовыми приводами. Есть три варианта Profibus: FМS, DР и ISР.

 

Profibus-FMS является решением для задач совместной работы на цеховом и полевом (field) иерархическом уровне промышленных связей. С помощью данного варианта ведется обмен между контроллерами и интеллектуальными field-устройствами. Здесь время реакции несущественно, гораздо более важным является функционал.

 

Profibus-DP представляет собой оптимизированную по производительности версию, предназначенную для взаимодействий, являющихся критичными по времени.

 

Рrofibus-ISP является проектом взаимодействующих частей, дополненным  возможностями процессного управления; внутренняя защита включается.

 

Сеть Profibus обладает следующими основными  характеристиками:

физический интерфейс ЕIА RS_485;

средство трансляции — экранированная витая пара;

линия длиной до 1,2км без повторителей;

передача со скоростью до 500 Кбит/с;

линия максимальной длины до 4,8км с тремя повторителями;

метод доступа смешанного типа:

IEЕЕ802.4 (передача маркера), соединение активных узлов;

Master-slave (ведущий-ведомый), соединение активных и пассивных узлов.

 

Все большей популярностью пользуется интерфейс САN (ControllerAreaNetwork), выпущенный компанией Bosсh,  который является последовательным интерфейсом, специально созданным для объединения датчиков, устройств исполнения и интеллектуальных контроллеров.  Интерфейс CAN имеет определенные преимущества: обеспечивает онлайновый режим обмена благодаря наличию инициативной передачи данных в условиях изменения состояния сигналов на входе; имеет высокую помехоустойчивость, корректирующий ошибки протокол. Такой интерфейс отличается поддержкой коммуникационных протоколов прикладного уровня Device Nеt от компании Аllen-Bradly и САNopen от СIA.

 

Ряд характеристик интерфейса САN при реализации протокола CАNopen:

линия связи-витая пара;

число узлов 256;

связь — полудуплекс;

передача со скоростью 20 Кбит/с при расстоянии 1 км;

125 Кбит/с при расстоянии 0,5 км;

500 Кбит/с при расстоянии 0,1 км;

1 Мбит/с при расстоянии 40м.

 

Особой привлекательностью интерфейса СAN является его устойчивость к электромагнитным и электропомехам, которые характерны для эксплуатации в условиях цеха.

 

Связь контроллеров и следящих приводов

Связь контроллеров и следящих приводов зависит от типа применяемых приводов. При применении цифровых автономных приводов слежения  подачи компаний INDRАMAT и  BOSCH (Германия) соединения организуются посредством интерфейса SERCОS. Данный проект (SЕrial Real-timeCOmmunicationSystem) реализован для цифровых приводов слежения главного движения, а также подачи ЧПУ систем в 1995 году и представляет собой единственный интерфейс для управления приводами.  Опубликован как международный стандарт IEС 61491.

SERCOS  — это кольцевая оптоволоконная сеть с узлами  — программно-аппаратными модулями. Такой модуль включает специальный  однокристальный контроллер и трансиверную часть, при этом ведущим модулем может быть плата, устанавливаемая в ПК. Помимо ведущего модуля, все остальные  —  ведомые (рис.5). Сессия  коммуникации  проводится циклически, частота при этом постоянная, зависящая от количества ведомых модулей сети. Настройка периодичности циклов идет при инициализации системы. Таким образом, управление пятью следящими приводами возможно осуществлять  с периодом 1мс, а 8-ю приводами (количество по максимуму)  — с периодом 2мс. Ограничения на общее количество одновременно функционирующих  приводов практически не налагаются. Межузловой сегмент для оптоволоконных кабелей, изготовленных из пластика, может иметь длину 60м, а для стеклянных  — 250м.

 

Рис. 5. Организационная структура интерфейса SERCOS

 

Каждый цикл для каждого привода может иметь заданную максимальную скорость подачи, а также максимальное перемещение и предельный показатель крутящего момента. В каждом из циклов от каждого из приводов скапливается информация о реальных показателях скорости подачи, передвижения и крутящего момента. Асинхронно предаваемая информация может накладываться на синхронную (по запросу главного  модуля). В качестве асинхронной могут выступать разные сообщения, которые выводятся на экран дисплея.

 

Работа системы SERCOS ведется следующим образом.

Первая фаза: ведущий модуль оправляет синхронизирующее сообщение; оно  готовит ведомые модули к отправке собственных сообщений. Вторая фаза: кольцевая сеть в каждом из узлов размыкается последовательно, и сообщение определенного привода выдается ведущему модулю. Для этого каждому модулю выделяется свой интервал времени, границы которого определяют при инициализации системы. Третья фаза: сообщение ведущего модуля идет одновременно на все ведомые модули. Все сообщения в совокупности составляют единый кадр, который соответствует протоколу HDLС [3]. Рассмотрим ряд характеристик интерфейса SЕRCОS:

ISА-совместимый компьютерный интерфейс, ведется обмен двоичной информацией со скоростью 1,2Мбит/с;

интерфейс привода IEС 1491, передача со скоростью 10Мбит/с;

поддержка ОС DOS, Windоws 3.x, Windows NТ, Windows 95, Lynx OS, Vx Works, QNХ, VRТХ и OS/9;

компиляторы  Borland, Microsoft, Symantec, Watcom,GNU.

 

Прочие крупные производители электропривода – немецкий SIEMENS и японский MRON — применяют для управления приводами  интеллектуального типа традиционные интерфейсы: цифровой восьми- или шестнадцатиразрядный параллельный двоичный код, аналоговый на 10В, 20мА, универсальный последовательный интерфейс Fiеldbus, при этом компания SIEMENS ориентирована на протокол Profibus, а компания  OMRON  — на  DeviceNet.

Для реализации данных интерфейсов модули производят практически все компании, занимающиеся изготовлением средств вычислительной техники, в т.ч. INOVA и РEP.

 

В заключении хочется отметить, что система ЧПУ может состоять из  комбинации внутренних и внешних контроллеров, имеющих соответствующую организацию связей.

Практически все описанные интерфейсы как физическую среду распространения могут применять коаксиальный или оптоволоконный кабель, витую пару.

Наличие мощных электромагнитных полей станков говорит о выборе в качестве линий связи в пользу оптоволокна.

Неполадки и сбои станков с ЧПУ

Зачастую возникают ситуации, когда сбои функционирования станков, прошедших модернизацию и внедренных на производстве у заказчика, возникают вследствие субъективных факторов, имеющих косвенное  отношение к качеству произведенных работ.

 

Так как сбой работы станка ведет  к потерянной прибыли, больно бьющей по карману владельца, были разработаны рекомендации, при соблюдении которых возможно существенно уменьшить ущерб от сбойных  ситуаций и впредь предупредить возникновение подобных ситуаций.  Данные рекомендации являются весьма простыми, однако для их пояснения необходимо рассмотреть несколько причин, которые приводят к подобным  проблемам.

Первая причина: иная конфигурация ЧПУ-систем.

Если около 15 лет назад службы по ремонту на любом промышленном предприятии России и СНГ довольно успешно устраняли неполадки систем управления, применяя при этом осциллограф, цифровой вольтметр и паяльник. Теперь ситуация существенно изменилась.

В отличие от традиционного построения систем ЧПУ, включающего множество дискретных элементов, которые являются пригодными для проведения отдельного тестирования и замены, сегодня применяются БИС —  большие интегральные схемы, имеющие высокую плотность монтажа, расстояние между отдельно взятыми контактами не более 0,5мм и высокую  степень интеграции. Они действительно быстродействующие, временные интервалы составляют около 1…2 миллисекунд, при этом в старых ЧПУ-системах данные величины составляли около  20…25, а порой  и 100…150.

 

Архитектуру современные управляющие системы также имеют  совершенно иную — сегодня это не просто устройства электронного типа — радиоприемники или телевизоры,  а инновационные промышленные компьютеры, имеющие «мозги» (процессор), память (интегральные микросхемы, флэш-карты, жесткие диски и прочие современные носители) и подобие искусственного интеллекта — ОС и базовое  матобеспечение с широкой линейкой сервисных возможностей.

Относительно аналоговых и цифровых сервоприводов можно сказать, что сегодня это полноценные контроллеры промышленного типа, имеющие  высокую степень интеграции и развитые возможности программирования и настроек.

Эти современные, более широкие, чем ранее, аппаратные возможности требуют в качестве так называемой «платы» за инновации отказ от привычных инженерам эксплуатационных служб методик диагностирования, обслуживания и ремонта.

В настоящее время нет возможности, как ранее, замерить напряжение в десятках контрольных точек и сразу найти неисправный резистор, конденсатор, и затем, произведя его замену на аналогичный, выполнить восстановление  работоспособности отказавшей системы. Руководства по эксплуатации современных систем ЧПУ практически не содержит электросхем и спецификации применяемых элементов, не говоря  о том, что такие руководства чаще выпускаются на иностранном языке — английском, немецком и пр.

Прежние осциллографы и цифровые вольтметры заменили руководства, прописывающие параметры и правилами управления и работы, которые следует тщательно изучать. Недостаточно глубокое изучение, а также несоблюдение указанных правил может привести и к незначительным сбоям, и к более крупным последствиям, которые приведут к выходу из строя дорогостоящей техники.

Таким образом, можно сделать первый практический вывод: так как современные ЧПУ-системы и сервоприводы представляют собой принципиально новые программно-аппаратные устройства, то и требования к уровню квалификации персонала, проводящего их обслуживание,  становятся все более высокими.

Вторая причина: иные уровни программного обеспечения.

ПО современных ЧПУ-систем классифицируется на четыре условных уровня. Первый  — операционная система, в которой функционирует  промышленный компьютер (как правило, DOS или Windows), сюда же входит соответствующий набор управляющих команд, которые должен  знать оператор. Второй уровень — это базовое материально обеспечение, которое поставляет производитель устройства ЧПУ. Часто оно глубоко «спрятано» в недра системы, доступа для редактирования нет. Третий уровень представляют программные продукты электроавтоматики (PLC-программы), определяющие  «привязку» отдельно взятой ЧПУ-системы  к определенной  модели станка, и, как следствие, то, насколько эффективен будет данный станок для этой системы ЧПУ. Такие  программы разрабатываются создателями проектов новейших станков ЧПУ или создателями проектов по  модернизации. От того, насколько качественно они будут выполнены, напрямую зависит, будет ли надежным станок, насколько полно будут реализованы его конструктивные возможности, удобство работы оператора и общее впечатление от станка.

 

Четвертый уровень — это технологические программные продукты для обработки деталей, обычно загружаемые в ЧПУ-систему извне; редактируются прямо на станке в ходе отладки.

Так как программное обеспечение второго и третьего уровня является недоступным для пользователя, причинами возникающих сбоев могут быть неисправности, касающиеся первого и последнего уровней — операционной системы или программных продуктов по обработке деталей.

Сбои, возникающие в результате неправильно разработанных технологических программ, появляются только при низкой квалификации технологов-программистов предприятия и качества их знания языка программирования, на котором разрабатываются ПП для данной системы ЧПУ. Такие сбои не способны привести к выходу системы управления из строя, однако могут послужить причиной поломки инструмента или порче механических частей станка: повреждается стол, выходят из строя шарико-винтовые пары и пр.

Относительно проблем, которые связаны с ОС, то их возникновение чаще всего случается в результате неквалифицированных действий оператора, который случайно или умышленно нарушает общеизвестные правила при работе  с ПК, что и представляет сегодня собой  современная система ЧПУ. Такими нарушениями являются стирание системных или исполняемых файлов, произвольные изменения в настройках BIOS, неправильные команды, некорректное завершение выполняемых операций, пуск инфицированных программ и пр.

Отсюда следует второй вывод практического характера: как и различные ПК,  современные ЧПУ-системы могут быть подвержены разным компьютерным «заболеваниям», которые гораздо легче предупредить, нежели лечить. Высокая сложность таких систем и возможность применения их «не по назначению» жестко ставят вопрос о компьютерной безопасности, а также об оснащении предприятия средствами дополнительного контроля.

 

Третьей причиной являются побочные эффекты экономии.

Зачастую, исходя из экономических причин, среди предложенных вариантов модернизации станка пользователь склонен выбирать компромиссный вариант, который является оптимальным, прежде всего, по своей стоимости, а только затем — по качеству. И не всегда избранный таким способом  вариант является приемлемым с точки зрения сбалансированности итоговой конфигурации.

Как иллюстрацию, приведем пример, когда для экономии бюджета в ходе модернизации станка заказчиком  принято решение оставить прежний привод главного движения, но установить новую систему ЧПУ. Итог:  несмотря на высокое качество выполненных исполнителем работ по «стыковке» ЧПУ-системы со станком, в результате нестабильной работы старого электропривода, установленная система ЧПУ и  электрооборудование не смогли обеспечить абсолютную надежность функционирования модернизированного станка.

Так как ситуацию возможного возникновения несовместимости старых и новых элементов в рамках одной конфигурации заранее нельзя  предсказать, то исключить это можно только при полной модернизации абсолютно всех систем, при этом желательным является применение компонентов одного изготовителя.

Итак, третий вывод таков:  излишняя экономия на этапе формирования проекта может привести к различным проблемам в будущем. Во избежание этого, фирма-претендент на реализацию проекта должна приложить все свои усилия и убедить заказчика в целесообразности предлагаемой ею конфигурации.

 

Четвертая причина: неблагоприятные условия эксплуатации.

Приведем реальный практический случай: после того, как наступила устойчиво жаркая погода, отлично работавший ранее станок внезапно стал выдавать сбои. Обслуживающий персонал посчитал, что перебои в работе произошли в результате перегрева электрооборудования, стоящего в пристаночном электрошкафу; дверцы приоткрыли и продолжили эксплуатировать станок в таком состоянии. Произошло прекращение сбоев, однако через определенное время сломался блок питания приводов ЧПУ-системы  Прибывшая по вызову бригада, проводившая  модернизацию, обнаружила, что элементы, находящиеся в шкафу, покрыты слоем стальной пыли, что вполне могло  стать причиной неисправности.

После того, как взаимные претензии и поиски виновных были закончены, была произведена гарантийная замена блока питания, но время, потраченное на выяснение причины,  и средства, которые потерял  заказчик во время простоя, уж не вернешь.

Подобного инцидента, скорее всего, могло бы не произойти, если на этапе разработки ТЗ заказчик или будущий исполнитель предусмотрели функционирование станка при высоких температурах, превышающих обычные на данном производстве.

Таким образом, складывается следующий практический вывод: дорогостоящую сложную импортную технику необходимо эксплуатировать в четко заданных условиях. При несоблюдении таких условий разработчику проекта необходимо предусмотреть, а заказчику утвердить создание своеобразного «запаса прочности» — принять соответствующие меры (к примеру, установить в электрошкафах кондиционеры).

 

Причина пятая: неправильная эксплуатация станка.

В данном случае встречаются самые курьезные ситуации, доходящие порой до абсурда. Присущая некоторым операционистам природная любознательность и оригинальное мышление, но в  то же время, отсутствие привычки четко соблюдать производственную дисциплину и скрупулезно  следовать заданным аспектам производственного процесса приводит порой к непредсказуемым последствиям.

К примеру, оператор ЧПУ-станка одного промышленного предприятия внезапно решил рассчитать геометрический центр вращения у поворотного стола, для чего он открутил несколько винтов, снял защиту датчика круговых перемещений «ЛИР» и получил доступ к внутренней полости, расположение которой совпадает с искомой осью вращения. При этом, снимая крышку, оператором была утеряна одна из предохранительных шайб, надетых на винты, крепившие крышку. Не обращая на это внимания, устанавливая крышку обратно, он «пережал» винт, и в результате перекоса прецизионное штриховое стекло, стоящее  в корпусе датчика, было раздавлено. Это «стало» предприятию в 1800 долларов плюс длительный простой высокопроизводительного станка.

Приведем еще пример: оператору станка ЧПУ на другом предприятии очень нравились компьютерные игры. Так как устройство ЧПУ обслуживаемого станка не было оснащено стандартным дисководом, оператор пошел на личные расходы и купил внешний дисковод, который подключается к ПК посредством последовательного порта (RS232-разъема). Не зная, что по  правилам компьютерной безопасности следует сначала выполнять подключение к разъему внешнего устройства, а только потом подключать компьютер к сети, он ни один раз произвел  «горячее» подключение дисковода к ЧПУ-системе, при этом дисковод не был заземлен. В итоге при одном из таких подключений СОМ-порт устройства ЧПУ не выдержал, как результат — оператор не смог поиграть в обеденный перерыв, а  завод — загрузить в станок необходимые программы.

Отсюда следует пятый и самый основной вывод: при отсутствии мероприятий, направленных на должное наведение порядка в области производственной и технологической дисциплины, завод может понести ощутимые финансовые потери. В современных условиях такие меры являются крайне необходимыми.

Чаще всего проблемы с обслуживаемыми станками возникают при невнимательности персонала и при отсутствии системы, контролирующей возникновение неисправностей. Выясняя причины существующих сбоев, можно столкнуться с ситуацией, когда оператор не знает ответа на элементарные вопросы: «Когда произошел сбой?», «Какую ошибку сообщала система ЧПУ?».

Руководства по эксплуатации, поставляемые вместе со станком, обычно содержат раздел о профилактике частых нештатных ситуаций и о плане мероприятий, которые нужно выполнять в случае определенного происшествия. В зависимости от того, насколько сложная система, и как высока квалификация программистов, создававших руководство, подобная информация может располагаться на десяти и более страницах (доходит даже до нескольких сотен).

Чтобы существенно уменьшить риски потерь при непредвиденных сбоях, необходимо тщательное изучение подобного руководства.

Таким образом, можно сделать следующий вывод: эксплуатационных проблем с модернизированными станками избежать можно, однако для этого следует предпринять особые усилия, и начинать следует с момента разработки проекта модернизации.

Необходимо соблюдать следующее:

1. Правильно подходить к выбору компании, которая будет выполнять модернизацию.

Имеется в виду, что отсутствие сбоев, а значит и надежная работа станка, напрямую зависит от качества  написанной  программы электроавтоматики, согласно которой будет работать новая конфигурация станка, а также от того, насколько грамотно создан электрошкаф и выполнены электромонтажные работы, правильно подобраны комплектующие, точно настроены электроприводы и пр. Т.е от качества разработанного проекта модернизации и качества его практического выполнения.

Все это, в свою очередь, определяется  наличием в компании-претенденте квалифицированных специалистов по программированию, имеющих опыт обслуживания станков и выбранных систем ЧПУ, а также опытных инженеров-электронщиков, электриков, монтажников и прочих  специалистов, которые будут претворять проект в жизнь.

2. Необходимо тщательно проработать  техническое задание с учетом даже незначительных мелких деталей.

Современные ЧПУ-системы имеют довольно широкий набор сервисных и технологических возможностей, а также разные типы программирования  и виды компенсаций, а также методы представления рабочей зоны, контроль,  ручные циклы, настраиваемые, автоматические циклы, усложненные режимы обработки, форма отображения на экране информации в оперативном режиме и прочее.

Если заказчик потребует, чтобы после модернизации его станок смог бы выполнять определенную сложную обработку с автоматическим контролем заданных параметров, а также выводить на экран устройства определенные сообщения в понятном оператору виде, то заказчик должен заранее обговорить с исполнителем  все тонкости проекта.

Предварительный анализ, выполненный исполнителем, позволит определиться, что, допустим, на станке подобной конфигурации выполнить необходимый вариант обработки или добиться необходимой точности технически не представляется возможным:  придется либо менять модель согласованной ранее системы ЧПУ, либо следует докупить не планируемые ранее дополнительные устройства (датчики, кондиционеры, спецмодули, устройства сопряжения и пр.).

Таким образом, после завершения работ заказчик может рассчитывать только на тот функционал, который был прописан в ТЗ, и в объеме, заранее согласованном обеими сторонами.  При выдвижении заказчиком других требований после завершения проекта или при попытке эксплуатировать станок в иных, несогласованных ранее режимах могут возникнуть сбои в работе и, как следствие, конфликт между сторонами.

3. Необходимо серьезно обучать персонал.

Как говорилось ранее, качественно другой технический уровень инновационных приводов и систем управления требует существенного переобучения операторов обслуживанию станков ЧПУ, которые работают на предприятии заказчика.

Особое внимание следует уделить повышению общей и специальной грамотности в области компьютерных технологий и владению иностранными языками на начальном уровне, достаточном для понимания руководств по эксплуатации, а также ошибок, выдаваемых системой на экран пульта оператора.

Если предприятие применяет ряд станков, которые объединены в компьютерную сеть, оснащенную  одним или несколькими серверами управления, то тогда невозможно будет обойтись без квалифицированных системных программистов, которые способны не только находить  вероятность возможных сбоев, но и уметь собственноручно устранять разные неполадки, связанные с работой ПО и аппаратного обеспечения.

4. Следует укреплять производственную дисциплину.

Современная техника — дорогостоящий продукт, обращение с которым требует квалифицированного ухода и бережного отношения, тщательного исполнения рекомендаций производителя, от сохранения резервных копий заводских настроек и до регулярных проверок всех систем посредством диагностики и антивирусных программ. Необходимо тщательно поддерживать на рабочих местах рекомендуемые климатические условия, а также банально производить очистку от грязи.

Все документы по эксплуатации, поставляемые заказчику в комплекте с модернизированным станком, должны храниться под ответственностью конкретного лица, который занят обслуживанием ЧПУ-станков. При их утере или порче следует немедленно получить дубликат, либо обратившись в  компанию, проводившую модернизацию, либо на предприятие, занимающееся производством ЧПУ-систем. Но лучше подстраховаться и  самостоятельно снять копии со всей необходимой документации (инструкций, компакт-дисков и дискет и пр.), и хранить их в разных местах с возможностью быстрого доступа.

Применение станочных ЧПУ-систем как ПК для отладки личных программ, а также запуска компьютерных игр следует строго запретить!

Следует разработать те или иные меры безопасности, ограничивающие  возможность несанкционированного доступа к системным рабочим настройкам ЧПУ  — каталогам ОС и настройкам BIOS, а также исключить  загрузку в системы сторонних файлов без проверки их на вирусы. В случае наличия компьютерной сети устройств ЧПУ станков, необходимо создать систему контроля, обеспечивающую общесетевую безопасность как в рамках участка (цеха), так и на заводе  целом.

5. Необходимо вести подробный учет профилактических работ, а также возникающих неисправностей.

Аналогично тому, как для медицины важно при постановке верного  диагноза руководствоваться историей болезни, так и специалистам, занимающимся ремонтом ЧПУ-станков, существенную помощь может оказать наличие двух журналов —  учета профилактических работ, учета сбойных ситуаций. Первый журнал должен находиться у операторов, занимающихся обслуживанием станков  с ЧПУ. В нем необходимо отображать все действия, проводимые с данными станками в ходе регулярного техобслуживания согласно рекомендациям, данным заводом-изготовителем. Когда выполнялась последняя антивирусная проверка, что в ее ходе было выявлено, были ли найдены вирусы, какие, были ли они полностью ликвидированы, как это удалось сделать, как функционировал после данной операции станок, и пр. — все это необходимо регулярно заносить в журнал и хранить в доступном и безопасном месте.

Второй журнал следует располагать непосредственно в рабочей зоне оператора ЧПУ-станка. В нем содержится информация полностью, даже самая незначительная. Фиксируются сбои, отказы, произошедшие со станком за весь период его эксплуатации. Когда был  сбой, какого он был рода, какое сообщение выдала  система ЧПУ, какая операция выполнялась станком, какой был режим, что происходило перед сбоем, удалось ли произвести ликвидацию  сбоя, если да, то как, какое время простаивал станок, возникали ли сопутствующие эффекты (запахи, звуки) и пр.  — вся крайне важная информация, существование которой даст возможность не только гораздо быстрее произвести запуск  станка в работу, но и выяснить и устранить причины возникновения данных ситуаций.

От того, насколько тщательно будут вестись  эти два  журнала, а также от действительного практического внедрения всех указанных выше рекомендаций в большей степени зависит надежность функционирования  модернизированных станков.

Шарико-винтовые пары

Шарико-винтовые пары (ШВП) представляют собой наиболее популярные компоненты систем линейного перемещения, которыми оснащаются гравировально-фрезерные станки. Их применение дает возможность получить максимально высокую точность и высокую скорость перемещения при невысоком коэффициенте трения.

ШВП имеет ряд ограничений по длине и скорости.  Увеличение длины ШВП может спровоцировать появление дополнительных нагрузок по причине прогиба. Во избежание этого при больших длинах применяют ШВП с большим диаметром. Однако при повышении диаметра шарико-винтовых пар тепловое расширение будет оказывать влияние на точность.

Таким образом, ШВП применяются в большинстве станков гравировально-фрезерного типа малого и среднего размера, которые требуют повышенной точности при эксплуатации. Станки формата большего, чем 1,5х2 м, ими оснащаются редко.

Винт-Гайка представляет собой упрощенную схему ШВП, в которой вместо обоймы с шариками применяется гайка, изготовленная из пластика или латуни. К положительным характеристикам данной передачи, по сравнению с ШВП, можно отнести меньшую  стоимость и прочное удержание позиции после отключения двигателей.

Отрицательным моментом является высокая скорость износа гайки, а также небольшие предельные скорости функционирования (большое трение скольжения, чем трение качения).

Таким образом, передача Винт-Гайка применяется вместо ШВП в целях удешевления конструкции, а также для жесткой фиксации положения после отключения питания двигателей (по оси Z для граверов). В граверах используются редко.

Рейка-Шестерня имеет более скоростную передачу, нежели ШВП и Винт-Гайка, однако, меньшую точность и невысокую себестоимость.Применяется, в основном, для станков большого формата при раскройке материала, в ходе граверных работ больших барельефов, для вырезания фигур и  букв,  создания прочей рекламной продукции. Особые ограничения на длину рейки не накладываются (не ШВП, рейка привинчивается к станине по всей длине), и в этой связи данную передачу зачастую применяют в станках, имеющих большое рабочее поле. Вместе с  мощными серводвигателями или шаговыми двигателями подобные станки становятся более быстрыми в перемещениях.

Таким образом, подобный тип передачи применяется во фрезерных станках в целях скоростной раскройки или сквозной резки, а также гравировки материалов. Чаще всего такие станки по оси  Z оснащаются ШВП.

Металлическая лента-Шестерня применяется в раскроенных плоттерах планшетного типа различного формата вместе с другой передачей —  Зубчатая резиновая лента–Шестерня. Подобная передача имеет высокую точность реза и отличается отсутствием удара — жесткого старта–остановки.

Передача Зубчатая резиновая лента– Шестерня применяется в определенных экземплярах планшетных плоттеров и в основной массе рулонных плоттеров. Также подобной передачей оснащается большинство лазерных CO2-граверов и  граверов Rоland ЕGХ-400, ЕGХ-600. Основным положительным моментом является отсутствия в ходе работ жесткого старта – стопа.

Передача Ремень-колесо, Пассик-Колесо (ременная передача) является самым простым способом передачи для всей гравировально-фрезерной техники. Подобный способ передачи имеется в младших экземплярах граверов Roland. Плюс такой передачи  — ее низкая стоимость.

Выбираем передачу

Из рассмотренных выше передач оптимальные и наиболее популярные – это Шарико-Винтовые Пары (ШВП), а также передача Рейка-Шестерня. Остальные виды передач имеют невысокую точность, а также низкую жесткость конструкции, а потому используются только в недорогих и слабых станках (младших экземплярах  Roland, Мimaki и пр.), а также в станках, имеющих меньшие нагрузки: в планшетных и рулонных плоттерах, лазерных граверах и других.

Сделать выбор будет гораздо проще, если классифицировать станки на 2 группы: Фрезерно-гравировальные, имеющие размер  рабочего поля порядка 1 – 1,5 м по любой из координат. Основное требование, предъявляемое к  таким станкам, это точность позиционирования, в связи с чем в них следует  устанавливать ШВП. Фрезерно-раскроечные станки, имеющие  размер рабочего поля свыше 1,5 м по любой из координат. Основным требованием к таким станкам является скорость перемещений, в связи с чем  их оборудуют передачей Рейки-Шестеренки и более мощными моторами. При этом ось часто оснащают сразу двумя моторами (применяется при перемещении тяжелого портала).