- •Устройства программного управления
- •Глава 1. Классификация систем управления 17
- •Глава 2. Общие принципы построения систем чпу 55
- •Глава 3. Задачи управления 121
- •Глава 4. Технологии разработки программного обеспечения систем управления 178
- •Глава 5. Документы пользователя систем чпу 231
- •Глава 1.
- •1.1. Современный мировой уровень архитектурных решений в области чпу
- •1.1.2. Системы pcnc-2
- •1.1.1. Системы cnc и pcnc-1
- •1.1.3. Система pcnc-3
- •1.1.4. Системы pcnc-4
- •1.2. Интеграция на основе открытого управления и стандарта орс
- •1.2.1. Представление об открытом управлении
- •1 .2.2. Системы scada
- •1.2.3. Стандарт орс
- •1.3. Интеграция на основе комплекса производственных стандартов step (Standard for the Exchange of Product model data)
- •1.3.1. Обзор комплекса производственных стандартов step
- •1.3.2. Step-nc
- •1.3.3. Использование в интерфейсе систем чпу языков express и xml
- •Глава 2. Общие принципы построения систем чпу
- •2.1. Архитектура систем pcnc
- •2.1.1. Признаки нового поколения систем чпу
- •2.1.2. Модульная архитектура систем чпу на прикладном уровне
- •2.1.3. Открытая архитектура систем управления
- •2.1.4. Виртуальная модель pc-подсистемы чпу
- •2.2. Проблема реального времени в системах управления
- •2.2.1. Постановка задачи
- •2.2.2. Реальное время в системе управления
- •2.2.3. Базовые понятия операционной системы реального времени
- •2.2.4. Использование в системах управления операционной системы Windows nt
- •2.2.5. Стратегия диспетчеризации на базе расширения rtx (Real Time extension)
- •2.2.6. Принцип разбиения потоков (threads)
- •2.3. Проблемы управления электроавтоматикой
- •2.3.1. Классификация систем управления электроавтоматикой
- •2.3.2. Система понятий, используемых при организации системы управления
- •2.3.3. Структура проекта системы управления электроавтоматикой (клиентская часть)
- •2.3.4. Альтернативные структуры проекта в клиентской части
- •2 Рис. 45. Диаграмма периодической работы .3.6. Объектный подход при управлении электроавтоматикой
- •2.3.7. Особенности управления электроавтоматикой станков с чпу
- •2.4. Построение межмодульной коммуникационной среды
- •2.4.1. Базовые функции коммуникационной среды
- •2.4.2. Клиент-серверные транзакции при запросе данных
- •2.4.3. Виртуальная структура объектно-ориентированной магистрали
- •2.4.4. Организация коммуникационной среды в виде открытой модульной системы
- •2.5. Принципы построения удаленных терминалов чпу
- •2.5.1. Удаленный терминал в системе управления
- •2.5.2. Информационные технологии, используемые при создании удаленного терминала
- •2.5.3. Библиотеки классов Java, используемые при создании апплетов
- •2.5.4. Инструментарий разработки удаленного терминала
- •2 .5.5. Специфика удаленного терминала системы управления
- •2.6. Особенности архитектуры систем чпу, поддерживающих стандарт iso 14649 step-nc
- •2.6.1. Традиционное программирование станков с чпу и стандарт step-nc
- •2.6.2. Язык express
- •2.6.3. Процессы и ресурсы в step-nc
- •2.6.4. Смешанная архитектура
- •3.1. Реализация геометрической задачи
- •3.1.1. Интерпретатор управляющих программ
- •3 .1.2. Интерполятор
- •3.2. Реализация логической задачи управления
- •3.2.1. Формализм описания циклов электроавтоматики
- •3.2.2. Инструментальная поддержка визуального программирования циклов электроавтоматики
- •3.3. Управление электроавтоматикой станков с чпу по типу виртуальных контроллеров SoftPlc
- •3.3.1. Объектно-ориентированный подход при организации математического обеспечения виртуальных контроллеров
- •3.3.2. Архитектура виртуального контроллера
- •3.3.3. Программная реализация виртуального контроллера
- •3.4. Реализация терминальной задачи
- •3.4.1. Интерпретатор диалога оператора в Windows-интерфейсе
- •3.4.2. Специфика построения редактора управляющих программ в коде iso-7bit (в составе терминальной задачи)
- •3.4.3. Редактор-отладчик управляющих программ на языке высокого уровня (в составе терминальной задачи)
- •3.5. Реализация диагностической задачи управления
- •3.5.1. Понятийный аппарат диагностического процесса
- •3.5.2. Структура подсистемы диагностики
- •3.5.3. Реализация логического анализатора
- •3.5.4. Реализация осциллографа
- •Глава 4.
- •4.1. Технология объектно-ориентированного программирования
- •4.1.1. Сравнение технологий программирования
- •4.1.2. Базовые понятия объектно-ориентированного подхода
- •4.1.3. Методические рекомендации по выбору объектов в системе управления
- •4.1.4. Структура программного обеспечения системы управления
- •4 .1.5. Инструментальная поддержка объектно-ориентированного проектирования и формализм Буча
- •4.2. Специфика объектно-ориентированного программирования
- •4.2.1. Элементы абстрактной модели системы pcnc
- •4.2.2. Объектно-ориентированная модель модуля системы pcnc
- •4.2.3. Объектно-ориентированная модель отображения данных
- •4 Рис. 122. Диаграмма объектов, реализующих механизм отображения за границами потока .3. Методологические аспекты построения открытых систем чпу
- •4.3.1. Понятийный аппарат открытых систем чпу
- •4.3.2. Представление о системе pcnc как об открытой системе управления
- •4.3.3. Построение систем чпу по типу открытого языкового процессора
- •4.3.4. Стандартные средства поддержания открытой архитектуры
- •4.3.5. Использование стандартных инструментальных средств поддержания открытой архитектуры
- •4.3.7. Формирование окружения разработки
- •4.4. Технология компонентной организации программного обеспечения
- •4.4.1. Базовые понятия
- •4.4.2. Иллюстрация компонентного подхода на примере контроллера привода подачи
- •4.4.3. Классификация сом-интерфейсов и сом-серверов
- •4.4.4. Область использования сом
- •4.4.5. Инструментальная поддержка компонентного проектирования
- •4.4.6. Пример реализации atl сом-сервера
- •Глава 5.
- •5.1. Структура руководства по программированию
- •5.1.1. Фазовое пространство технологической машины
- •5.1.2. Повышение языкового уровня управляющих программ
- •5.1.3. Функциональные возможности системы управления, отражаемые в версии управляющей программы
- •5.2. Конфигурация систем чпу
- •5.2.1. Представление параметров конфигурации в системе чпу
- •5.3.2. Координатные оси и координатные системы
- •5.3.3. Траектории движения (типы интерполяции)
- •5.3.4. Группирование координатных осей (g581, g580)
- •5.3.5. Управление шпинделем
- •5.4. Методика разработки управляющей программы чпу соответственно стандарту iso 14649 step-nc
- •5.4.1. Инструментальная система xml Spy
- •5.4.2. Схемы управляющей программы в стандарте step-nc
Глава 4.
Технологии разработки программного обеспечения систем управления
Разработка систем управления предполагает привлечение целого ряда информационных технологий, использующих объектно-ориентированный и компонентный подходы, Windows-программирование, параллельное программирование и программирование систем в реальном времени. Но знание таких технологий является лишь необходимым условием для успешной разработки системы. Существует специфика использования этих технологий в системах управления. В частности, нужно хорошо представлять разницу между разработкой программного обеспечения офисного приложения и программного обеспечения систем управления, поскольку то и другое построено на разных моделях.
Если фирма Microsoft может позволить себе публикацию нескольких обновлений каждую неделю и выпуск SP (Service Pack) раз в полгода, то обновление программного обеспечения систем управления означает реализацию новой версии с одновременной поддержкой всех предыдущих версий. И если обновления офисных программ вполне реально выполнять через Internet, то для систем управления промышленным оборудованием такой возможности не существует.
4.1. Технология объектно-ориентированного программирования
Традиционное математическое обеспечение систем числового программного управления до сих пор использует технологию процедурного программирования, которую сегодня можно посчитать тупиковой в этой конкретной области применения. На смену приходят технологии объектно-ориентированного и компонентного программирования. В этой связи применительно к системам управления рассмотрены базовые понятия объектно-ориентированного подхода, представлены методические рекомендации по выбору объектов в системе управления, проанализированы проблемы создания объектно-ориентированных моделей, в том чис
ле на основе формализма Г. Буча, и проблемы повторного использования уже разработанных кодов, продемонстрирована возможность инструментальной поддержки объектно-ориентированного программирования. Методология открытой архитектуры приоткрывает конечному пользователю системы ЧПУ определенную часть математического обеспечения, с тем чтобы внедрить в систему свое собственное технологическое «know how». Поэтому разработчики математического обеспечения обязаны сделать его в достаточной степени обозримым и читаемым. Но это важно и самим разработчикам, чтобы внести в свой проект элементы структуризации и четкой организации, поскольку только на подобной основе огромный по объему проект может эволюционировать и совершенствоваться [67].
4.1.1. Сравнение технологий программирования
Модель процедурного подхода предполагает набор процедур, вызывающих друг друга для обработки данных. Инженер объясняет программисту проблему, а тот в свою очередь кодирует ее набором данных и процедур. Полученную программную систему сложно отладить и запустить, но еще сложнее изменить и расширить.
В основе объектно-ориентированного подхода лежит объект, имеющий определенные свойства (данные) и располагающий возможностями работы с этими данными. Модель объекта близка системе естественных физических представлений и способу мышления инженера, который оперирует привычными для себя понятиями. Поэтому и программная модель вполне адекватна физической. В результате объектно-ориентированный подход породил специалистов, объединяющих специальные инженерные и программистские знания.
Компонентный подход появился в результате дальнейшего развития объектно-ориентированного подхода, при котором наиболее важным фактором стала фиксация интерфейсов между компонентами программной системы при достаточно свободной реализации самих компонентов. Подобная идея также интуитивно соответствует классическому инженерному мышлению.
В рамках сравнения технологий программирования чрезвычайно важно рассмотреть проблему повторного использования уже разработанного кода. Процедурный подход решает эту проблему посредством динамически подключаемых библиотек DLL (Dynamic Link Library), реализованных в двоичном коде. Для библиотек DLL возможно использование разных языков программирования, однако существует проблема несовместимости версий одноименных библиотек. Есть и другой недостаток: отсутствует стандартный способ установки в системе более чем одной версии той же библиотеки.
Повторное использование объектов означает открытое представление исходных кодов, что не всегда соответствует авторским интересам разработчиков. Есть и другие проблемы: необходимость работать с одним и тем же компилятором; невозможность применения объектов в разных языках программирования; необходимость перекомпилирования всех проектов, использующих тот класс, который подвергся изменению.
Повторное использование компонентов составляет саму суть подхода. Реализация компонентов в двоичном коде соблюдает авторские права разработчиков, а стандартные интерфейсы делают компоненты общедоступными и способствуют их широкому (коммерческому) распространению. Работа компонентов поддерживается самой операционной системой.
Таким образом, можно заметить, что процедурный подход не ориентирован на многократное использование уже разработанных программных кодов; процедурные модели, как правило, понятны только программистам. Решение обозначенных выше проблем следует искать в применении объектно-ориентированного и компонентного подходов. Рассмотрим прежде объектно-ориентированный подход, поскольку он появился раньше компонентного и послужил для него основой.