3. Aplikácia mikropočítačov SM 50/40-1 a SM 50/50-1 v riadení súradnicového meracieho stroja

Koncepcia riešenia

Automatický súradnicový merací stroj SMS 800 A vyvinul Výskumný ústav strojárenských technológií a ekonomiky (VUSTE) v Prahe. Riadiaci systém pre SMS 800 vyvinuli pracovníci Strojníckej fakulty Českého vysokého učení v Prahe v spolupráci s Výskumným ústavom výpočtovej techniky v Žiline ako súčasť programu SMEP II. Riadiaci systém bol navrhnutý z technických prostriedkov a základného programového vybavenia mikropočítačov SMEP. Jeho základom bola hierarchická dvojica mikropočítačov SMEP – na hornej úrovni mikropočítač zostavený zo stavebnice 16-bitového mikropočítača SM 50/50-1 a zo stavebnice 8-bitového mikropočítača SM 50/40-1 na dolnej úrovni. Komunikácia medzi mikropočítačovými systémami prebiehala prostredníctvom sériového komunikačného kanála. Vývoj takéhoto kombinovaného systému vrátane výroby prototypu zabezpečil VÚVT Žilina.

Opis zariadenia

Súradnicový merací stroj (SMS) bol stroj s vysokým stupňom automatizácie, ktorý meral rozmery súčiastky v karteziánskom systéme súradníc. Princíp merania bol založený na tom, že špeciálna meracia hlava, ktorá mala maximálne štyri stupne voľnosti, sa pod riadením riadiaceho systému SMS programovo sondou dotýkala povrchu meranej súčiastky. Pri každom dotyku sondy meracej hlavy povrchu meranej súčiastky sa generoval impulz, ktorý vyvolal odčítanie aktuálnych súradníc meracej sondy. Odčítané hodnoty sa v počítači vyhodnocovali v závislosti od tvaru meranej súčiastky. Riadiaci systém stroja musel pre správnu funkciu zabezpečiť nájazd meracej hlavy, resp. jej sondy na dotyk s meranou súčiastkou, odčítať aktuálne hodnoty súradníc, vypočítať geometrické parametre súčiastky, vytlačiť protokol o meraní, archivovať namerané a vypočítané hodnoty a umožniť prípravu tzv. part programu na riadenie činnosti stroja podľa výkresu súčiastky.

Prípravu part programu a jeho editovanie bolo výhodné robiť v tzv. samoučiacom sa režime, ktorého princíp spočíval v tom, že part program sa vytváral pri meraní prvej súčiastky pomocou panela ručného riadenia, panela diaľkového ovládania a displeja súradníc. Toto prvé meranie sa vykonávalo v poloautomatickom režime, pri ktorom sa vytvoril part program, ktorý bolo možné používať v automatickom režime.

Dolná úroveň realizovaného riadiaceho systému vykonávala pojazd meracej hlavy s dotykovou sondou (vrátane lineárnej interpolácie), spracovanie jej signálu, odčítanie súradníc meracej hlavy, preberanie a spracovanie stavových hlásení z SMS. Túto úroveň realizoval mikropočítač SM 50/40-1. Horná úroveň vykonávala všetky ostatné funkcie a realizoval ju mikropočítač SM 50/50-1

Technická realizácia riadiaceho systému

Ako sme ukázali, riadiaci systém fungoval prostredníctvom mikropočítačov SM 50/40-1 a SM 50/50-1. Prepojenie oboch mikropočítačov bolo uskutočňované cez asynchrónny sériový kanál realizovaný na strane SM 50/40-1 sériovým programovateľným obvodom medzistyku MHB 8251, ktorý sa nachádza na doske procesora, a na strane SM 50/50-1 jedným sériovým asynchrónnym kanálom z dosky QASAD. Mikropočítačový systém SM 50/50-1 bol vybavený aj štandardnými periférnymi zariadeniami:

  • CM 5605 podsystém vonkajších pamätí na pružných diskoch s kapacitou 512 KB,
  • CM 1601 jednoduchý videoterminál,
  • Consul C 2111 mozaiková tlačiareň so sériovým medzistykom.

Pre potreby samoučiaceho sa režimu a ďalších špeciálnych funkcií bol riadiaci systém doplnený špeciálnymi prídavnými zariadeniami:

  • panelom ručného riadenia (na ručné riadenie pohybu meracej sondy vo všetkých súradniciach),
  • displejom súradníc (na zobrazovanie aktuálnych hodnôt všetkých súradníc),
  • panelom diaľkového ovládania (na vytváranie príkazov pre part programy).

a) Konfigurácia systému SM 50/40-1:

– SM 2138 – doska procesora,

– SM 0449 – doska prídavnej pamäte EPROM,

– SM 1378 – modul impulzných výstupov,

– SM 1377 – doska čítačových vstupov.

b) Konfigurácia systému SM 50/50-1:

– SM 0252 – doska procesora,

– SM 0452 – doska organizátora pamäte a cache pamäte,

– SM 0450 – doska kombinovanej pamäte 12 Kslov EPROM a 16 Kslov DRAM pamäte,

– SM 0451 – doska DRAM pamäte 64 Kslov,

– SM 5006 – doska kombinovaného modulu,

– SM 1202 – doska QASAD,

– CM 5605 – podsystém vonkajšej pamäte na pružnom magnetickom disku 512 KB.

Konštrukčné usporiadanie riadiaceho systému

Celá elektronika dvojpočítačového riadiaceho systému bola umiestnená v jednom štandardnom 19“ rošte SMEP. Zadná časť roštu obsahovala pripojenie do SMS 800 a z neho. Druhý 19“ rošt obsahoval podsystém vonkajšej pamäte na pružnom magnetickom disku. Oba rošty boli umiestnené v zníženom (1 200 mm) 19“ palcovom stojane SMEP.

4. Aplikácia mikropočítačov SM 50/40-1 A SM 50/50-1 v riadení vybraných uzlov výroby pórobetónu

Koncepcia riadenia vybraných uzlov výroby pórobetónu bola riešená v súlade s novými kritériami vytváranie mikropočítačových riadiacich systémov. Základným cieľom bolo zvýšiť kvalitu riadenia jednotlivých technologických operácií a hotových výrobkov, znížiť spotrebu energií a surovín a zdokonaliť proces riadenia skladu hotových výrobkov, vykládky a expedície podľa plánu zákaziek. Systém na riadenie závodu pórobetónu zahŕňa tieto základné technologické uzly výroby:

  • surovinová mlynica,
  • uzol miešania a odlievania pórobetónovej hmoty,
  • uzol krájania,
  • autoklávovacia stanica,
  • rozvod a odber elektrickej energie,
  • vykládka, sklad a expedícia hotovej výroby.

Mikropočítačový systém bol koncipovaný ako distribuovaný, t. j. aby na priestorovo distribuovaných technologických prostriedkoch boli priestorovo distribuované aj jednotlivé funkcie riadiaceho systému. Technické prostriedky boli rozmiestňované bezprostredne pri jednotlivých riadených objektoch, čím sa skracoval prenos a spracovanie informácie.

V systéme boli použité dva mikropočítače SM 50/40-1, jeden mikropočítač SAPI-1 a jeden mikropočítač SM 50/50-1. Jednotlivé mikropočítače boli riešené ako samostatné autonómne systémy, ktoré realizovali riadiace algoritmy vybratých technologických uzlov a ktoré si navzájom poskytovali potrebné dátové súbory vyskytujúce sa v príslušnom útvare závodu.

Podriadený počítač SAPI-1 obsluhoval neštandardné prídavné zariadenia, predspracovával vstupné údaje a odovzdával ich nadriadenému mikropočítaču.

Štruktúra distribuovaného riadiaceho systému bola nasledujúca: prvý mikropočítač SM 50/40-1 realizoval riadiace a kontrolné funkcie pre surovinovú mlynicu, miešanie a odlievanie spracovanej hmoty, pre krájací uzol a rozvod a spotrebu elektrickej energie. Realizoval aj komunikáciu s podriadeným mikropočítačom SAPI-1, na surovinovej mlynici riešil algoritmy riadenia mletia výrobnej zmesi podľa jej chemického zloženia, kontroloval dávkovanie do mlyna a zabezpečoval prevádzkovú spoľahlivosť chodu mlyna. Na uzle miešania a odlievania pórobetónovej zmesi realizoval riadenie dávok komponentov zmesi do miešačky, výpočet receptúry dávkovania, snímanie údajov o dávkovacom zariadení a sledoval základné parametre procesu miešania a odlievania pripravenej pórobetónovej zmesi do foriem. Na uzle krájania vykonával obsluhu merača výšky nárastu hmoty a spracúval údaje o rozkrájaných blokoch hmoty. V uzle rozvodu a odberu elektrickej energie tento mikropočítač sledoval odber elektrickej energie hlavnými odberateľmi v závode a vyhodnocoval spotrebu podľa dohodnutých odberových diagramov vrátane hodinových a štvrťhodinových plošných maxím.

Podriadený mikropočítač SAPI-1 realizoval v spolupráci s mikropočítačom SM 50/40-1 doplnkové úlohy pre riadiaci systém. Základnou úlohou bolo spracovanie a distribúcia jednotného reálneho času pre celý riadiaci systém vrátane zabezpečenia sieťového napájania pri výpadku. Okrem toho SAPI-1 vykonával informačné úlohy týkajúce sa obsluhy technologickej klávesnice, ktorá zabezpečovala vstup údajov od obsluhy v technologických uzloch, obsluhy technologickej zobrazovacej jednotky s LED indikáciami a obsluhy televíznych zobrazovacích jednotiek.

Keďže oba mikropočítače SAPI-1 aj SM 50/40-1 boli umiestnené v jednej skrini, komunikácia medzi nimi sa realizovala paralelným programovým prenosom cez 8-bitové porty.

Na mikropočítač SM 50/40-1 boli pripojené tiež dva videoterminály – jeden CM 7202 a druhý CM 1601, oba cez sériový programovateľný kanál na doske SM 2150. Prvý mikropočítač SM 50/40-1 obsahoval tiež dva moduly DIO – SM 1355, ďalej jeden modul počítačových vstupov SM 1356, modul AČ prevodníka SM 1352 a modul vysokoúrovňového multiplexera SM 1360. Mikropočítač bol vybavený tiež 16 KB pamäťou RAM a 32 KB pamäťou EPROM. Bol zabudovaný do dvoch štandardných kaziet mikropočítača SM 50/40-1 vrátane napájacích zdrojov. K mikropočítaču bola pripojená mozaiková tlačiareň Consul C 2111.

Druhý mikropočítač SM 50/40-1 riešil riadiace a kontrolné algoritmy pre autoklávovú stanicu s odpúšťaním pary. Riadiaci systém umožňoval dva režimy autoklávovania a jedno- alebo dvojstupňové odpúšťanie pary. Cyklovanie autoklávov bolo riadené tak, aby sa odpúšťaním dalo využiť maximálne množstvo pary pri nezníženom výkone jednotlivých technologických operácií. Aj tento druhý mikropočítač bol zabudovaný v dvoch kazetách SM 50/40-1 s napájacími zdrojmi a okrem modulu procesora obsahoval tiež modul sériových programovateľných adaptérov SM 2150, dva moduly DIO SM 1355 a modul AČ prevodníka SM 1352 s modulom vysokoúrovňového multiplexera SM 1360. Na mikropočítač bol cez modul SM 2150 pripojený jeden videoterminál CM 7202 a prvý mikropočítač SM 50/40-1.

Základom programového vybavenia oboch mikropočítačov bola exekutíva reálneho času ERČ 80. Oba mikropočítače pracovali vo viacúlohovom režime.

Programové vybavenie pozostávalo zo systémovej a technologickej časti. Systémová časť spracúvala komunikáciu s prídavnými zariadeniami a okrem operačného systému ERČ 80 zahŕňala programové prostriedky na spracovanie údajov (aritmetika) a textov (formater) s možnosťami výpisu alebo zadávania údajov na jednotlivých termináloch.

Používateľská – technologická časť riešila riadiace algoritmy jednotlivých technologických uzlov a pomocou výstupov uskutočňovala akčné zásahy do technologického procesu.

Programové vybavenie bolo možné rozdeliť na jednotlivé súbory úloh riadených operačným systémom ERČ 80. Aplikačné programové vybavenie bolo riešené pre každú aplikáciu samostatne. Z neho bolo možné vyčleniť dva vyriešené programové moduly, ktoré majú všeobecnejší charakter a môžu byť využité aj pre ďalšie aplikácie mikropočítačov SM 50/40-1.

Na komunikáciu systému s technologickou obsluhou bol vyvinutý súbor systémových úloh pracujúcich pod exekutívou reálneho času ERČ 80 a umožňujúcich vstup/výstup čísel typu INTEGER a REAL, prácu s textovými reťazcami a ich formátovanie na ľubovoľné vstupno-výstupné zariadenie. Tento programový systém umožňoval komunikáciu s piatimi vstupnými a piatimi výstupnými zariadeniami. Každá komunikácia mohla byť prerušená alarmovým výpisom a po jeho uskutočnení sa prerušená komunikácia obnovovala. Súbor týchto úloh bol pomenovaný ako FORMATER, bol naprogramovaný v assembleri ASM 80 a umožňoval aj priame volanie z programov napísaných v jazyku PL/M 80.

V nasledujúcej časti seriálu predstavíme aj ďalšie riešenia v oblasti riadenia robotov či v rámci trenažéra obsluhy jadrovej elektrárne.

Na základe dobových dokumentov zostavil:

Ing. Milan Gábik