Порядок разработки системного программного обеспечения

Функционирование автоматизированного оборудования ГПС определяется программным обеспече­нием (ПО) систем управления, состоящим из системного программного обеспечения (СПО) и ПО управления отдельными единицами оборудования, приводами и т. п.

Программное обеспечение ГПС состоит из трех основных компонентов (рис, 6.1): общего, общего специального и специального.

Общее ПО — стандартное математическое обеспечение, поставляемое вместе с вычислительным оборудованием.

Рис. 6.1. Структурапрограммного обеспечения ГПС:

ОС — операционнаясистема; СУБД— система управления базами данных;АПАПРР — автоматизированная подсистема анализа, принятия и реализация решений; ТО — технологический объект; АТСС— блок автоматизированной транспортно-складской системы;ТМ — транспортный модуль: САК — системавтоматизированного контроля

К нему относятся операционная система (ОС), система управления базами данных (СУБД) и программное обеспечение локальной сети связи.

Общее специальное ПО — программное обеспечение мини-ЭВМ и микроЭВМ, не зависящее от специфики конкретной производственной задачи, решаемой в ГПС.

При разработке общего специального ПО основными критериями являются отбор задач, решаемых на миниЭВМ, надежность функционирования РТК, ГПМ, обеспечение автономии микроЭВМ, отдельных единиц оборудования ГПС и т. д.

Специальное ПО — конкретные (зависимые от специфики ГПС) прикладные программы, обычно реализуемые в виде простых модулей, каждый из которых выполняет одну функцию.

Разработка специального ПО сводится к созданию прикладных программ типовых функций обработки и составлению УП для отдельных станков с ЧПУ в ГПС.

Архитектурно-программное обеспечение делится на подсистемы и модули. Благодаря такому построению ПО можно достаточно просто вносить изменения, вызванные расширением функций и возможностей ГПС.

Общее специальное ПО, осуществляющее управление и контроль за ГАЛ, ГАЦ, ГАУ, РТК и ГПМ, должно строиться по иерархическому принципу и иметь два уровня: мини-ЭВМ и микроЭВМ. В свою очередь, каждая мини-ЭВМ может управлять несколькими микроЭВМ, а каждая микроЭВМ — оборудованием ГПС.

Таким образом, ПО имеет модульную структуру; оно компонуется из подсистем и самостоятельных модулей с определенными функциональными Назначениями. В процессе разработки программное обеспечение проходит испытание как в виде модулей и подсистем, так и в комплексе. Системное ПО (СПО) функционально объединяет набор модульных программных средств ЭВМ по конструктивно-технологическому исполнению элементов ГПС.

Многоцелевые СЧПУ позволяют сократить номенклатуру средств управления металлообрабатывающим оборудованием с ПУ. Для каждого нового типа оборудования ГПС механической обработки следует разрабатывать конкретное СПО, решающее технологические вопросы управления оборудованием. Снижение трудоемкости этого процесса достигается путем выделения основных задач управления и разработки законченных программных блоков, которые должны легко перенастраиваться в зависимости от внешних параметров (например, от числа управляемых координат, характера технологических операций механической обработки и т. д.).

Разработка СПО для управления конкретным технологическим оборудованием имеет определенный порядок и сводится к выбору формы описания программных блоков (отбору известных функциональных сведений по конкретной СУ), а также к созданию нестандартной части СПО по мере необходимости.

Первый этап проектирования СПО заключается в составлении и анализе технического задания (ТЗ), являющегося основой для разработки алгоритмов управляющих программ (УП). В состав ТЗ входят данные объекта производства (номенклатура обрабатываемых деталей, производственная программа, партия запуска, производительность ТПС и т. д.), оборудования ГПС, системы обеспечения станков кадрами управляющих программ, функции систем АТСС, АСИО, САК и др.

Данные ТЗ описываются по программным циклам-подпрограммам, когда обработка повторяющихся участков детали ведется по одной и той же программе и, кроме того, указываются число и объем возможных подпрограмм.

В ТЗ оговариваются возможность редактирования УП непосредственно у станка, набор средств редактирования (клавиатура, пишущая машинка, дисплей), необходимость вывода отредактированной программы через средства регистрации (пишущая машинка, перфоратор).

При составлении ТЗ на новый технологический процесс принимают участие как разработчики технологического оборудования, так и проектировщики СПО системы ЧПУ. Новое оборудование механической обработки нужно проектировать одновременно с привязкой его к системе управления и разработкой СПО, что позволит полностью использовать все технические возможности оборудования для его эффективной эксплуатации.

На втором этапе работы проводится выбор стандартных программных модулей решения типовых задач и их настройка на работу с конкретным объектом, т. е. определяются число координат, допустимые значения перемещений, скорости и т. п.

На третьем этапе выполняются работы по отладке СПО ГПС или ее модулей. При этом особое внимание уделяется созданию тестов для проверки алгоритмов управления.

Четвертый этап разработки СПО — стыковка программных средств с технологическим оборудованием. Цель пусковых работ — устранение всевозможных ошибок, допущенных при отладке СПО на модели объекта управления, а также окончательная корректировка ТЗ для получения наилучших характеристик технологического оборудования, используемого совместно с системой управления.

ПО системы управления ГПС проектируется параллельно с разработкой конструкторской документации на комплекс автоматизированного металлообрабатывающего оборудования. Это позволяет своевременно учесть в компоновке комплекса, конструкциях АТСС и других функциональных систем все необходимые требования СУ и найти оптимальные решения по реализации связей оборудования с СУ.

Для уменьшения трудоемкости управления ПО комплексной интегрированной ГПС принимают единый язык программирования.

В результате стандартизации общего ПО упрощается взаимодействие ГПС с АСУП, САПР и АСТПП, а также облегчается разработка типовых модулей общего специального программного обеспечения.

Для координации взаимодействия подсистем и выполнения общесистемных функций управления предусмотрена специальная УП – диспетчер, организующая вывоз рабочих программ с магнитных дисков, переключение процессора с одной обрабатывающей программы на другую при возникновении более приоритетного запроса на обработку.

В состав ПО входят: операционные системы, библиотеки, проблемно-ориентированные пакеты программных модулей, система подготовки УП, сервисные и контрольно-диагностические программы.

Составляющие ПО поставляются по спецификации пользователя, из которой он компонует требуемую программную систему.

Операционная система (ОС) предназначена для организации взаимодействия отдельных частей вычислительного оборудования ЭВМ, а также взаимодействия различных программ одна с другой и с общими данными (через систему управления базами данных), обеспечения сервисных возможностей.

В известном смысле ГПС является вычислительной системой, включающей не только станки, склады, но и специфическое оборудование ЭВМ. В связи с этим ПО системы

управления ГПС можно строить как расширение операционной системы ЭВМ.

Общая характеристика ОС реального времени (ОСРВ) — мультипрограмма дисковой операционной системы реального времени (ДОСРВ) — распределяет ресурсы системы между различными задачами управления, где диспетчер памяти позволяет расширить программную адресацию оперативной памяти до 124-10³ слов.

При подготовке управляющих программ для автоматизированного оборудования загружают сведения в мини-ЭВМ при помощи баз данных.

База данных (БД) предназначена для хранения совокупности сведений при составлении УП оборудования ГПС и т. п. (рис. 6.2).

Система управления базами данных (СУБД) включает в себя следующие составные элементы: язык описания данных; язык манипулирования данными; язык (языки) программирования включения системы; аппарат приспособления форм данных к различным использующим их программам (например, аппарат подсхем); контроль допуска к данным того или иного лица (по паролю); специальную шифровку служебного характера.

СУБД позволяет контролировать вводимые данные однократно, что значительно упрощает использование ЭВМ в ГПС, а за счет накопления данных в БД увеличивается интеллект ЭВМ.

Рис. 6.2. Использование баз данных в ГПС

 

В современных СЧПУ для ввода УП применяют адресный способ кодирования управляющей информации.

При вводе сначала набирают код адреса (символ или буква), а затем числовую информацию, относящуюся к нему. Значения букв и символов должны соответствовать ГОСТ 20999—83 (код ИСО), а кодирование — коду КОИ-7 по ГОСТ 27463—87.

Если необходимо изменить значения какого-либо из запрограммированных параметров, вводят коррекцию. В автономных системах коррекцию вводит оператор с пульта управления; в условиях ГПС и АСУ ТП данные для коррекции вводятся автоматически. Можно корректировать подачу, скорость главного движения и траекторию движения инструмента.