Склад програмно-математичного забезпечення пристрою ЧПУ

У відповідності із задачами та функціями, що виконуються різними компонентами, в складі програмно-математичного забезпечення ЧПУ доцільно виділити дві групи: системне і спеціальне математичне забезпечення.

Запропонована класифікаційна схема зображена на рис. 5.22.

Системне математичне забезпечення ЧПУ призначене: для управління ресурсами пристрою ЧПУ (апаратними – процесором, основною пам’яттю, пристроями введення-виведення, зовнішніми запам’ятовуючими пристроями; інформаційними – програмами і даними); для інструментального забезпечення (автоматизації) створення управляючих програм і програм користувача.

Спеціальне математичне забезпечення ЧПУ призначене для настроювання на різні конкретні задачі користувача: автоматичне управління металорізальними верстатами в реальному масштабі часу, обробку даних та ін.

Рис. 5.22. Класифікаційна схема програмно-математичного забезпечення ЧПУ

Системне математичне забезпечення ЧПУ включає операційну систему ЧПУ (ОС ЧПУ) і пакет прикладних програм, який представляє собою сукупність програм вирішення елементарних задач, програм підготовки даних тощо.

Під ОС ЧПУ розуміють сукупність резидентних програм для організації обчислювального процесу ЧПУ. ОС ЧПУ забезпечує початкове заповнення пам’яті системи при її ввімкнені, пуск комплексу завдань, управління завданнями в обраному режимі роботи, управління послідовністю вирішення задач в мультипрограмному режимі реального часу, а також управління обміном повідомленнями із зовнішніми об’єктами. В мультипроцесорних системах ЧПУ ОС координує взаємодію окремих процесів.

ОС ЧПУ містить ознаки трьох відомих категорій ОС: пакетної обробки, розподілу часу, реального часу. Робота пристрою ЧПУ в реальному часі по відношенню до приводів подачі супроводжується скануванням повідомлюючих сигналів електроавтоматики верстата (розподілу часу) і виконанням множини розрахунково-підготовчих функцій (пакетний режим).

ОС ЧПУ повинна передбачати роботу в різних режимах. Система може одночасно займатись виконанням багатьох завдань, що, до речі, ускладнюється нестачею ресурсів: процесора, пам’яті, окремих програм, даних та ін. Вказівки ОС щодо необхідних робіт формуються за допомогою операторів мови управління завданнями.

Вся робота, що виконується системою управління, складається з незалежних завдань, кожне з яких є зовнішньою по відношенню до ОС одиницею роботи. Завдання незалежні, оскільки ні в ОС, ні в оператора верстата немає інформації, як одне завдання залежить від іншого. Це означає, що виконання кожного завдання не зв’язане із завершенням будь-якого іншого завдання або з результатом його виконання. Незалежність завдань дозволяє системі здійснювати мультипрограмну їх обробку.

Завдання групуються відповідно до режиму роботи пристрою ЧПУ і поступають на вхід пристрою у вхідному потоці завдань. Завдання представляє собою сукупність текстів програм та вхідних даних, що декларуються управляючими операторами. Основне призначення управляючих операторів – визначити завдання або його частину.

Складова частина завдання ЧПУ, що виконується самостійно, називається кроком завдання ЧПУ. Кроки одного завдання можуть бути взаємозалежними.

Крок завдання – це така одиниця роботи, зовнішньо вказана командами мови управління завданнями, яка зв’язана з викликом однієї оброблювальної програми ОС.

Як тільки ОС ЧПУ розпізнає крок завдання і визначить наявність потрібних кроку ресурсів, формується задача – внутрішня одиниця дії в ОС.

Необхідно розрізняти поняття: завдання, задача, програма.

Задача представляє собою сукупність управляючої інформації про програму, самої програми, а також даних, які обробляються цією програмою. В задачі відображена інформація про забезпеченість програми всіма ресурсами, необхідними для її виконання.

Таким чином, мультипрограмування означає управління задачами, а не програмами. Саме задачі конкурують за отримання часу процесора та інших ресурсів системи.

ОС ЧПУ в нашій моделі системи управління складається з системи програмування ЧПУ і управляючої системи ЧПУ.

Системою програмування ЧПУ називають сукупність засобів для позначення управляючих функцій ЧПУ та написання управляючих програм ЧПУ, їх трансляції та відлагодження. Систему програмування утворюють мови програмування та оброблювальні програми.

Мова програмування – це спеціальна мова, що застосовується для написання програм.

Групу оброблювальних програм складають: початковий завантажувач, редактор тексту та діагностичні програми, програми обміну із зовнішніми споживачами, проблемні програми.

Початковий завантажувач вмикається автоматично при активізації системи ЧПУ і виконує наступні функції: формує вихідні дані про склад системи управління, виконує початкове введення констант, введення змінної інформації, підготовку пам’яті, включає робочий режим комплексу програм супервізора виконуючи запуск таймера.

Редактор тексту дозволяє вводити програми через пристрій введення в деяку область оперативної пам’яті, викликати будь-який запис з пам’яті, модифікувати і повертати її в пам’ять.

Команди редактора тексту поділяються на чотири групи: введення (введення тексту програми в робочу область); маніпуляції покажчиком (маркером) буфера (розміщення покажчиків в робочій зоні для наступного редагування деякого фрагменту); виведення (підготовка пакету програм для виведення на зовнішній пристрій); маніпуляції даними (власне редагування).

Транслятор – це програма для обробки вихідного тексту робочої програми, написаної за допомогою мнемонічних позначень вхідної мови (наприклад, символів коду ISO-7bit), і для перетворення цього тексту в об’єктний код (модуль), що завантажується в пам’ять для наступного виконання програми.

Тестові та діагностичні програми призначені для перевірки працездатності апаратної та програмної частин системи ЧПУ і діагностики несправностей.

Програми обміну із зовнішніми споживачами можна поділити на програми прийому та видачі повідомлень.

Програми прийому повідомлень зовнішніх споживачів виконують наступні функції: первинне декодування інформації із врахуванням характеристик застосованого перешкодозахисного коду; аналіз вхідного символу; визначення його належності введеній директиві або частині тексту; введення повідомлення в буферну зону у відповідності із заданою дисципліною та пріоритетом повідомлення; контроль процесу і захист від переповнення пам’яті та викривленої інформації.

Програми видачі повідомлень зовнішнім споживачам повинні здійснювати: перетворення машинних кодів в код того пристрою, до якого буде передана інформація; вибір повідомлення, що підлягає передачі, з сукупності накопичених в буфері із врахуванням часу підготовки та пріоритету; видачу повідомлення в апаратуру передачі даних; реєстрацію факту завершення видачі повідомлення; реєстрацію адреси звільненого місця в буферному накопичувачі та його об’єму.

Елементарні функціональні програми пакету прикладних програм, що виконуються під управлінням ОС ЧПУ, гнучко об’єднуються в програмні модулі – проблемні програми, які відображають задані (з панелі або в тексті управляючої програми) управляючі функції. До проблемних програм відносяться, наприклад, такі модулі: інтерполяція, корекція режимів обробки, корекція інструмента тощо.

Центральне місце в ОС ЧПУ займає управляюча система. Всі згадані оброблювальні програми виконуються за посередництвом програми управління, яка входить саме в управляючу систему.

Програма управління призначена для підготовки ОС ЧПУ до функціонування, для планування і контролю процесу обробки даних. В складі програми управління три компоненти: програма управління завданнями, програма управління задачами, програма управління даними.

Програма управління завданнями організовує прийом завдань з вхідного пакету завдання, здійснює їх контроль, підготовку до виконання та запуск. Іншими словами, програма управління завданнями виконує функції: введення пакету завдань, аналізу вхідного пакету завдань, підготовки завдання до виконання, загального планування виконання робіт.

Аналіз вхідного пакету завдань полягає у визначенні початку поточного завдання, в контролі правильності управляючих операторів і порядку їх слідування, у встановленні кінця завдання. Підготовка завдання до виконання включає ініціювання кроку завдання, під яким будемо розуміти його розпізнавання, визначення наявності потрібних ресурсів та формування задачі. Функції аналізу, підготовки та загального планування виконує системний монітор.

Програма управління задачами контролює виконання задачі на всіх етапах, починаючи з моменту формування задачі і до одержання результатів роботи.

Управління задачами полягає в обробці переривань, формуванні задач, управлінні основною пам’яттю, у виконанні процедур, пов’язаних із завершенням завдання, у веденні служби часу, створенні контрольних точок, захисті пам’яті, забезпеченні одночасного виконання декількох задач.

Управління задачами здійснює супервізор. Супервізор одержує управління по перериваннях. Обробка переривань – це розпізнавання супервізором типу переривання і передача управління відповідній програмі його обробки.

Програма управління даними відповідає за створення, знищення, організацію, читання, запис, модифікацію та переміщення інформації, а також управління доступом до файлів.

Можна сказати, що функціонування ОС ЧПУ здійснюється під управлінням супервізора - ядра ОС ЧПУ. Укрупнена схема роботи ОС ЧПУ показана на рис. 5.23.

Рис. 5.23. Укрупнена схема роботи ОС ЧПУ

Для активізації ядра системи при ввімкненні пристрою ЧПУ автоматично виконується програма початкового завантажувача, який запускає таймер. За перериванням таймера управління кожного разу передається супервізору.

При появі нового вхідного потоку завдань супервізор передає управління програмі управління завданнями. Ця програма зчитує вхідний потік завдань, який автоматично визначається за станом режимного перемикача на панелі оператора пристрою ЧПУ, і формує чергу завдань. Далі за вимогою зовнішніх споживачів системний монітор обирає з цієї черги завдання з найвищим пріоритетом і формує задачу, а саме завдання переводить у список завершених. Управління повертається супервізору, який обирає готову задачу з вищим пріоритетом і передає їй управління.

Проблемна програма викликає необхідні функціональні програми з пакету прикладних програм. Вона виконується до тих пір, поки не завершиться. При цьому може перериватись за вимогою задач з більш високим пріоритетом або для очікування деякої події. По завершенні проблемної задачі управління одержує супервізор, який, якщо активізовані всі завдання і немає задач у стані готовності, переходить в стан очікування, поки не настане переривання, яке виведе його з цього стану.

Контрольні запитання

1. Наведіть основні складові організації виконавчого рівня управління ГВС.

2. Наведіть основні параметри класифікації та групи ГВМ, які утворюються на базі цих параметрів.

3. Поясніть відмінність загальної кількості керованих координат від одночасно керованих координат у переліку технічних характеристик верстатів з ЧПУ.

4. На яких особливостях конструкції будуються типові структурно-компонувальні схеми ГВМ.

5. Розкрийте базові поняття про числове програмне управління виконавчим рівнем ГВС

6. Назвіть основні ознаки і утворені на них класи систем ЧПУ.

7. Наведіть відмінності класів систем ЧПУ за видом управління.

8. Визначте основні режими роботи системи ЧПУ та їх можливі варіанти застосування в ГВМ.

9. Сформулюйте призначення основних груп функцій системи ЧПУ.

10. Наведіть відмінності та місце задач програмного управління в системах ЧПУ

«Ніколи не починай складних ходів, якщо того ж можна досягти набагато більш простими способами»

(Ремарк Еріх Марія)