Sterowanie numeryczne NC, CNC, DNC oraz PLC
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
1. Definicja terminu „Sterowanie Numeryczne”
Sterowanie numeryczne (Numerical Control) – automatyczne sterowanie ruchami
zespołów
maszyny
technologicznej
(obrabiarki)
zgodnie
z
danymi
i instrukcjami podanymi w postaci symbolicznej za pomocą znaków alfanumerycznych.
Sterownie NC obejmuje także działania pomocnicze pozwalające na pełną
automatyzacje cyklu roboczego maszyny.
2. Schemat blokowy sterowania numerycznego
Sterowanie numeryczne NC, CNC, DNC oraz PLC
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
Zapisany na nośniku w postaci symbolicznej program obróbki wprowadzany jest do
sterownia numerycznego za pośrednictwem tzw. czytnika. W czytniku następuje
przekształcenie programu z postaci alfanumerycznej na ciąg impulsów elektrycznych.
Następnie dekoder dekoduje informacje zawarte w programie do postaci zrozumiałej
przez sterowanie numeryczne. Sygnał z dekodera jest wykorzystywany do sterowania
poszczególnymi czynnościami.
W bloku pamięci pośredniej następuje również podział informacji na technologiczne,
które trafiają do Układu Dopasująco-Sterującego (USD) lub PLC, oraz informacje
geometryczne, które trafiają do sumatora.
W sumatorze następuje ewentualne poprawienie informacji geometrycznej. Poprawki
wprowadza operator za pomocą pulpitu sterującego.
Wykorzystywane przez operatora przełączniki, potencjometry i inne, składają się
na pamięć trwałą, służącą do wprowadzania danych geometrycznych.
Informacja wychodząca z sumatora jest ostateczną informacją geometryczną realizowaną
przez obrabiarkę.
Najważniejszy blok funkcjonalny sterowania numerycznego to interpolator, który
umożliwia sterowanie ruchem dwóch lub więcej niezależnych mechanizmów posuwu w taki
sposób, aby ruch wypadkowy odbywał się pomiędzy dwoma kolejnymi punktami po torze,
którego zarys uzależniony jest od konstrukcji interpolatora.
Można wyróżnić następujące rodzaje interpolatorów:
Liniowy
Kołowy
Paraboliczny
Mieszany ( np. liniowo kołowy )
W zasadzie każda współczesna maszyna sterowana numerycznie posiada interpolator
liniowy i kołowy.
Nowością są układy, które posiadają jeszcze interpolatory funkcjami wyższego rzędu
(splajnowe). Interpolatory splajnowe to niejako przeniesienie w sferę wytwarzania
modelowania opartego o krzywe B-sklejane czy też powierzchnie B-sklejane.
Sterowanie numeryczne NC, CNC, DNC oraz PLC
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
Interpolacja:
a),b) liniowa;
c) kołowa;
d) funkcją wyższego rzędu.
Informacja wyjściowa z interpolatora, czyli wartość zadana przemieszczenia w postaci
jednego lub kilku sygnałów przekazywana jest do układów automatycznej regulacji
przemieszczenia zespołów roboczych obrabiarki - serwomechanizmów posuwu.
Serwomechanizm posuwu zapewnia realizację przemieszczenia zespołu roboczego
z określoną dokładnością.
3. Podział sterowania numerycznego
3.1. Sterowanie numeryczne proste NC
W sterowaniach numerycznych NC większość rozwiązań technicznych ma charakter
sprzętowy. Sterowanie numeryczne NC stanowi system specjalizowanych bloków
funkcyjnych sztywno połączonych łączami kablowymi (drutami, ścieżkami). Są to więc
urządzenia elektroniczne bardzo kosztowne.
Nośnikiem informacji (programu, danych) jest taśma perforowana.
Przygotowanie programu w postaci taśmy perforowanej jest stosunkowo proste,
chociaż czasochłonne. Poprawianie błędów programowych wymaga wielu zabiegów
technicznych. To wszystko sprawia, że sterowania numeryczne uważa się za mało elastyczne.
Sterowanie numeryczne NC, CNC, DNC oraz PLC
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
Do wad sterowań numerycznych NC należy także zaliczyć całą gamę problemów
związanych z :
•
przechowywaniem programów na nośnikach perforowanych,
•
szybkim zużywaniem się nośników programowych,
•
kłopotliwym powielaniem i poprawianiem programów technologicznych,
•
błędami wczytywania programów technologicznych związanymi z mechanicznymi
urządzeniami czytającymi (czytnikami).
3.2. Sterowanie numeryczne komputerowe CNC
Termin CNC (Computerized Numerical Control)
oznacza sterowanie numeryczne,
które zawiera mikroprocesor (komputer) wraz z pamięcią i tzw. program obsługujący do
kierowania pracą komputera zewnętrznego.
Obecnie, jeśli mówi się o sterowaniu numerycznym (NC) obrabiarek, to właściwie ma
się na myśli komputerowe/skomputeryzowane sterowanie numeryczne (CNC).
Układy sterowania numerycznego, które powstały w ostatnich latach charakteryzują
się mniejszymi wymiarami, szybszym działaniem są też bardziej przyjazne dla użytkownika.
Szczególny nacisk położono na oprogramowanie które wzbogacono o wiele nowych funkcji
i zadań.
Można podać dwie najważniejsze cechy układów sterowania CNC:
•
są to układy sterowania programowego - program opisuje zarówno parametry
technologiczne obróbki (posuwy, prędkości skrawania, chłodzenie, itp.) jak
i geometryczne (położenia zespołów ruchomych obrabiarki w trakcie obróbki),
•
są to układy o elastycznej postaci programu sterującego. Elastyczna postać programu
sterującego powoduje zachęcenie stosowania obrabiarek CNC do produkcji o
charakterze średnio i małoseryjnym (choć nie wyklucza wielkoseryjnej i masowej),
dominującej w dzisiejszym przemyśle. Elastyczność obrabiarek CNC to główna
przyczyna ich szerokiego stosowania.
Sterowanie numeryczne NC, CNC, DNC oraz PLC
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
W zależności od sposobu realizacji ruchów posuwowych poszczególnych osi
obrabiarki wyróżnia się rodzaje układów sterowania CNC:
a) Sterowanie punktowe
b) Sterowanie odcinkowe
c) Sterowanie kształtowe
3.2.1. Sterowanie punktowe
Podstawową funkcja sterowania punktowego jest pozycjonowanie narzędzia w ściśle
określonym punkcie względem przedmiotu, przy czym nie ma znaczenia po jakim torze
porusza się narzędzie.
Nie jest również ważne z jaką prędkością porusza się narzędzie od jednego do
drugiego punktu. Jednak ze względu na skrócenie czasu operacji oraz łatwość przewidywania
bezkolizyjności przemieszczenia narzędzia wskazane jest ażeby ruch odbywał się z
maksymalną prędkością i po linii prostej.
Sterowanie numeryczne NC, CNC, DNC oraz PLC
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
3.2.2. Sterowanie odcinkowe
Sterowanie odcinkowe różni się od punktowego tym, że przemieszczenie narzędzia
odbywa się po określonym torze i z określoną prędkością.
Odcinki toru narzędzia muszą być równolegle do osi układu współrzędnych w
określonej płaszczyźnie. Z tego powodu kontury przedmiotu obrabianego mogą być
równoległe do osi sterowanych.
3.2.3. Sterowanie kształtowe
Sterowanie
kształtowe
obejmuje
wszystkie
te
przypadki
obróbki,
w których droga narzędzia względem przedmiotu obrabianego musi przechodzić przez
kolejno wyznaczone punkty toru i jest ona linią składającą się zarówno z prostoliniowych, jak
i krzywoliniowych odcinków.
Dowolny zarys uzyskuje się dzięki współdziałaniu dwóch lub więcej silników
napędów ruchów posuwowych. W czasie ruchu narzędzia pomiędzy dwoma punktami
pośrednimi na zdefiniowanym matematycznie torze ruchu stosuje się interpolację.
Typ obróbki kształtowej: a) zarysów prostych, b) zarysów złożonych.
Sterowanie numeryczne NC, CNC, DNC oraz PLC
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
3.3. Sterowanie numeryczne bezpośrednie DNC
Nazwa sterowania DNC pochodzi z pierwszych liter słów języka angielskiego :
•
Direct Numerical Control – Bezpośrednie sterowanie numeryczne,
lub inaczej nazywane:
•
Distribution Numerical Control – Dystrybucyjne sterowanie numeryczne.
Przez pojęcie bezpośredniego sterowania numerycznego DNC, inaczej sterowania
bezpośredniego DNC, rozumie się system sterowania szeregiem obrabiarek sterowanych
numerycznie NC, sterowanych komputerowo CNC lub innych maszyn i urządzeń
technologicznych, takich jak stanowiska ustawiania narzędzi na wymiar, maszyny
pomiarowe, roboty sterowane numerycznie, które są podłączone za pomocą kabla do
nadrzędnego komputera zarządzającego.
Sterowanie DNC dotyczy zatem nie jednej maszyny technologicznej, lecz szeregu
maszyn. Jest to więc system sterowania, w którym istnieje jeden nadrzędny komputer
zarządzający.
Sterowanie DNC jest nazywane bezpośrednim sterowaniem numerycznym, ponieważ
programy technologiczne dla poszczególnych maszyn technologicznych są przekazywane
bezpośrednio z komputera nadrzędnego DNC do lokalnego sterowania np. CNC.
Dzięki bezpośredniemu przesyłaniu danych na drodze komputerowej transmisji
odpadają wszystkie typowe problemy eksploatacyjne związane zarówno z samym nośnikiem
informacji, jak i zawodnymi urządzeniami czytająco-zapisującymi (czytnikami).
3.4. Sterowanie logiczne PLC
Nazwa sterowania DNC pochodzi z pierwszych liter słów języka angielskiego :
•
Programable Logic Controller – Programowalny sterownik logiczny.
Sterowanie logiczne PLC jest kolejnym etapem rozwoju sterowań przekaźnikowych
występujących pod nazwą układu dopasowująco-sterujące UDS.
Sterowanie logiczne polega na odpowiednim kojarzeniu sygnałów sterujących (np. włącz,
wyłącz) i ostrzegających (np. przekroczenie dopuszczalnej temperatury) z odpowiednimi
elementami typu: przekaźniki, styczniki włączające lub wyłączające mechanizmy takie jak:
silnik, zawór itp.
Sterowanie numeryczne NC, CNC, DNC oraz PLC
w w w . c h o m i k u j . p l / M a r W a g 9 8 7
Z uwagi na programowalność tego typu funkcji logicznych rozróżnia się sterowanie :
•
z programem „sztywnym” (trwałe połączenia drutowe),
•
z programem komputerowym.
Sterowania logiczne z programem „sztywnym” – zalicza się do sterowań
przekaźnikowych (stykowych), w których poszczególne elementy przekaźnikowe są
połączone trwałymi łączami drutowym. Zmiana programu sterować przekaźnikowych
wymaga fizycznych działań w postaci przelutowań, rozcinania połączeń itp. Jest to więc
sterowanie o bardzo małej elastyczności.
Sterowania z programem komputerowy - wymagają istnienia pomięci
elektronicznej i programu napisanego w języku symbolicznym, czyli sterowania takie mają
strukturę komputerową.
4. Literatura:
•
Jan Kosmol, „Automatyzacja obrabiarek i obróbki skrawaniem”, Wydawnictwo
Naukowo-Techniczne, Warszawa 1995.
•
www.cnc.pl
Opracował:
Marcin Wagner