DE3932590A1 - Numerische steuerung fuer werkzeugmaschinen oder roboter - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine numerische Steuerung für Werkzeugmaschinen oder Roboter, wobei das zugehörige Pro­ grammsystem in mehrere Teilsysteme gegliedert ist, die je­ weils in einer Bank aus Systemprogrammspeicher, Datenspei­ cher und Register hinterlegt sind, und wobei jedem Programm­ system ein eigener Mikroprozessor zugeordnet werden kann.

Ein Programmsystem für eine bestimmte Technologie kommt bei handelsüblichen numerischen Steuerungen je nach deren Struk­ tur mit unterschiedlichen Hardwaresystemen mit sich unter­ scheidender Prozessoranzahl in Berührung. Im Laufe der Nut­ zung eines solchen Programmsystems werden nämlich erfahrungs­ gemäß durch Innovation der Prozessoren die Prozessorsysteme immer leistungsfähiger, so daß es vorkommt, daß das Programm­ system ursprünglich für einen Mehrprozessorbetrieb konzipiert wurde und später auf nur einem einzigen Prozessor zu bearbei­ ten ist. Ein Mehrprozessorsystem läuft jedoch nicht ohne weiteres auf einem Einprozessorsystem, da durch die Priori­ tätsstruktur der Aufgaben und die implementierten Semaphore Dead-Looks oder unvertretbare Verzögerungen auftreten. Daher ist ein Mehrprozessorsystem nur durch eine spezielle Anpassung der Prioritätsstruktur und der verwendeten Semaphore auf einem einzigen Prozessor ablauffähig. Dies führt dazu, daß unter­ schiedliche Programmsysteme für das Einprozessorsystem und das Mehrprozessorsystem zu erstellen sind. Die Pflege und die Weiterentwicklung der Systeme erfordert einen erheblichen Aufwand. Mit fortschreitender Pflege und Weiterentwicklung laufen die Systeme immer weitere auseinander, so daß sich auch Probleme hinsichtlich Kompatibilität und Durchgängigkeit ergeben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine numerische Steuerung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei einer Verringe­ rung der Anzahl von Prozessoren das für eine ursprünglich vorgesehene Programmsystem unverändert beibehalten werden kann.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß jeweils für mehrere Teilsysteme nur ein Mikroprozessor vor­ gesehen ist, daß dieser Mikroprozessor seriell, gesteuert von einer Zeitscheibensteuerung die zugehörigen Teilsysteme bearbeitet, wobei die Zeitscheibengrenzen mit dem Betrieb des Mikroprozessors synchronisiert werden, daß beim Ab­ schalten eines Teilsystems die jeweils aktuellen Meldungen des Mikroprozessors im Register dieses Teilsystems hinterlegt werden und daß beim Anschalten des nächsten Teilsystems aus dessen Register die dort hinterlegten vorangegangenen aktuel­ len Meldungen abgefragt werden.

Eine erste Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeich­ net, daß jedem Teilsystem ein eigener Interruptcontroller zu­ geordnet ist, der mit dem Betrieb des jeweiligen Teilsystems geschaltet wird. Damit ist auch eine leichte Anpassung der Funktion der Interruptcontroller an ein System mit einer ge­ ringeren Anzahl von Mikroprozessoren möglich.

In diesem Fall erweist es sich als vorteilhaft, daß die Mel­ dungen der Interruptcontroller ebenfalls in den jeweils zu­ geordneten Registern gespeichert werden, um dort bedarfswei­ se bereitzustehen. Dadurch wird eine einfache und übersicht­ liche Registrierung der Meldung der Interruptcontroller er­ möglicht.

Eine weitere Ausbildung der Erfindung ist dadurch gekennzeich­ net, daß die Breite der Zeitscheiben der Mächtigkeit der Teilsysteme anpaßbar ist. Die resultierende Bearbeitungszeit kann dadurch optimiert werden.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild,

Fig. 2 die Aufteilung eines Prozeßsystems auf zwei Banken und

Fig. 3 eine Darstellung der Zeitscheibensteuerung.

In der Darstellung gemäß Fig. 1 sind die für die Erfindung wesentlichen Elemente einer Steuerung in Form eines Block­ schaltbildes gezeigt. Kern der Anordnung ist dabei ein Mikro­ prozessor MP, dessen Betrieb von einem Programmsystem gesteuert wird. Dieses besteht aus mehereren Teilsystemen, die jeweils in einer Bank B1, einer Bank B2 und einer Bank B3 hinterlegt sind. Jede der Banken B1, B2 und B3 weist dabei einen System­ programmspeicher SS1, SS2 bzw. SS3, einen Datenspeicher DS1, DS2 bzw. DS3 sowie Register R1, R2 bzw. R3 auf. In der Dar­ stellung wird von drei Teilsystemen ausgegangen, es ist je­ doch auch möglich, daß eine größere Anzahl als drei Teil­ systeme mit dem Mikroprozessor MP verbunden werden. Die Banken B1, B2 und B3 können dabei miteinander so organisiert sein, daß jeder jeweils eine bestimmte Technologie oder eine bestimmte Aufgabe zugeteilt ist. In den Datenspeichern DS1, DS2 bzw. DS3 sind jeweils die für den zugeordneten System­ programmspeicher SS1, SS2 bzw. SS3 relevante resistenden Da­ ten untergebracht. Flüchtige Daten werden in den Registern R1, R2 bzw. R3 untergebracht.

Der Mikroprozessor MP wird nun von einem programmierbaren Zeitgeber ZG so angesteuert, daß er über eine Umschaltein­ richtung U1 nacheinander die in den Banken B1, B2 bzw. B3 hinterlegten Teilsysteme zyklisch bearbeitet. Dabei wird durch eine Synchronisiereinrichtung sichergestellt, daß das Umschalten zusätzlich noch mit dem Betrieb des Mikroprozessors MP synchronisiert wird, d. h., daß beispielsweise ein Befehl erst zu Ende abgearbeitet wird. Wenn nun zum Schaltzeitpunkt flüchtige Daten im Mikroprozessor MP vorliegen, wird dadurch, daß mit dem Betätigen der Umschalteinrichtung U1 auch eine Umschalteinrichtung U2 betätigt wird, ermöglicht, daß diese flüchtigen Daten in dem dem zu verlassenden Teilsystem zuge­ ordneten Register R1, R2 bzw. R3 der Bank B1, B2 bzw. B3 hinterlegt wird.

Wenn der Umschaltvorgang nach einer vorgegebenen Umschalt­ zeit beendet ist und die jeweils folgende Bank und deren Register mit dem Mikroprozessor MP verbunden sind, kann vom Mikroprozessor MP das Teilsystem dieser Bank weiterabgearbei­ tet werden, wozu die beim früheren Abschalten dieses Teil­ systems gespeicherten, damals aktuellen flüchtigen Daten nun in dem jetzt zugeschalteten Register zur Verfügung stehen. Die Anordnung mit dem Mikroprozessor MP stellt durch das serielle Abarbeiten der einzelnen Teilsysteme sozusagen ein virtuelles Mehrprozessorsystem dar, denn es kann darauf ver­ zichtet werden, daß jedem Teilsystem jeweils ein einzelner Mikroprozessor zuarbeitet.

In gleicher Art und Weise wie ein Umschalten von den einzel­ nen Banken B1 bis B3 und den einzelnen Registern R1 bis R3 zu­ einander erfolgt, ist es auch möglich, daß von der Synchroni­ siereinrichtung SY auch drei Interruptcontroller I1 bis I3 über eine Umschalteinrichtung U3 mitgeschaltet werden, wobei der Interruptcontroller I1 der Bank B1, der Interruptcontroller I2 der Bank B2 und der Interruptcontroller I3 der Bank B3 zu­ geordnet ist. Bedarfsweise ist es auch möglich, daß flüchtige Daten der Interruptcontroller I1 bis I3 in den Registern R1 bis R3 gepuffert werden. Dies ist in der Darstellung durch ge­ strichelte Linien angedeutet.

In der Darstellung gemäß Fig. 2 ist gezeigt, wie einzelne Auf­ gaben, auf die der Übersichtlichkeit halber nicht im einzelnen eingegangen wird, beispielsweise auf zwei Banken verteilt werden können. Die einzelnen Aufgaben sind dabei in der Darstellung jeweils zeilenweise bezeichnet. Durch schwarze Felder an den jeweiligen Zeilen ist gezeigt, daß einzelne dieser Aufgaben in jeder der Banken vorhanden sein können. Dies ist deswegen der Fall, da es beispielsweise erforderlich sein kann, daß beim Abarbeiten des der zweiten Bank zugeordneten Teilsystems gleiche Arithmetikfunktionen vorzunehmen sind wie beim Abar­ beiten der anderen Bank. Der Darstellung gemäß Fig. 2 ist auch entnehmbar, daß die Mächtigkeit der einzelnen Banken zueinander durchaus unterschiedlich sein kann.

In der Darstellung gemäß Fig. 3 ist in diesem Zusammenhang ge­ zeigt, daß der Zeitgeber je nach der Mächtigkeit der einzel­ nen Teilsysteme diesen unterschiedlich breite Zeitscheiben zuordnen kann. So ist in diesem Beispiel gezeigt, daß einem ersten Teilsystem eine relativ breite Zeitscheibe 1, einem zweiten Teilsystem eine schmalere Zeitscheibe 2 und einem dritten Teilsystem eine noch schmalere Zeitscheibe 3 zugeteilt wird. Dieser Vorgang erfolgt zyklisch. Zwischen den einzelnen Zeitscheiben ist jeweils eine Umschaltzeit vorgesehen. Durch eine Doppelpfeildarstellung am Ende der Zeitscheibe 1 ist ge­ zeigt, daß dieses Ende innerhalb vorgegebener Grenzen von der Synchronisiereinrichtung variiert werden kann, damit die Zeit­ scheiben mit dem Betrieb des Mikroprozessors harmonieren und nicht mitten in einem Bearbeitungsschritt ein Umschalten erfolgt.

Claims (4)

1. Numerische Steuerung für Werkzeugmaschinen oder Robotern, wobei das zugehörige Programmsystem in mehrere Teilsysteme gegliedert ist, die jeweils in einer Bank aus Systemprogramm­ speicher, Datenspeicher und Register hinterlegt sind, und wo­ bei jedem Programmsystem ein eigener Mikroprozessor zugeordnet werden kann, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils für mehrere Teilsysteme (B1, B2, B3) nur ein Mikro­ prozessor (MP) vorgesehen ist, daß dieser Mikroprozessor (MP) seriell, gesteuert von einer Zeitscheibensteuerung (ZG) die zugehörigen Teilsysteme (B1, B2, B3) bearbeitet, wobei die Zeit­ scheibengrenzen mit dem Betrieb des Mikroprozessors (MP) synchronisiert werden, daß beim Abschalten eines Teilsystems (B1, B2, B3) die jeweils aktuellen Meldungen des Mikroprozessors (MP) im Register (R1, R2, R3) dieses Teilsystems (B1, B2, B3) hinterlegt werden und daß beim Anschalten des nächsten Teil­ systems (B1, B2, B3) aus dessen Register (R1, R2, R3) die dort hinterlegten vorangegangenen aktuellen Daten abgefragt werden.

2. Numerische Steuerung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Teilsystem (B1, B2, B3) ein eigener Interruptcontroller (I1, I2, I3) zugeordnet ist, der mit dem Betrieb des jeweiligen Teilsystems (B1, B2, B3) geschaltet wird.

3. Numerische Steuerung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meldungen der Inter­ ruptcontroller (I1, I2, I3) ebenfalls in den jeweils zugeordne­ ten Registern (R1, R2, R3) gespeichert werden, um dort bedarfs­ weise bereitzustehen.

4. Numerische Steuerung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Zeitscheiben der Mächtigkeit der Teilsysteme (B1, B2, B3) anpaßbar ist.