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Technique Ordinateurs

Quel ordinateur pour contrôler les moteurs ?

Une des questions les plus fréquentes concerne le type d’ordinateur à utiliser pour commander une machine CNC. En fait votre ordinateur a deux rôles :

• Il sert à concevoir les pièces, ou à organiser les coupes à partir d’un dessin préexistant.
• Il commande la machine à partir d’un fichier de commande élaboré dans la phase précédente.

Ces deux fonctions peuvent être assurées par la même machine, ou par deux machines différentes. Si votre machine est une petite machine destinée à l’usinage de pièces balsa pour un modèle, elle pourra être dans la même pièce que la machine de conception, en quelque sorte dans le ‘bureau’. Mais si votre machine est plus grande ou est destinée à l’usinage de pièces métalliques, elle sera dans un atelier, auquel cas il faudra séparer les fonctions Conception et Exécution de l’usinage.

Il est fort probable que l’ordinateur servant à la conception soit sous le système d’exploitation ‘Windows’, et soit raisonnablement récent. Dans ce cas, pour une conception en ‘2D’, vous aurez besoin au minimum d’un Pentium 100, et pour une conception en 3D, au minimum d’une Pentium 350, voire d’une machine considérablement plus puissante (au delà d’ 1GHz) pour votre confort.

Pour l’ordinateur d’exécution de l’usinage, le problème est différent. Vous pouvez utiliser une machine sous DOS, qui interprétera un fichier de commande d’usinage, très généralement du G-Code ou ‘code ISO’. Dans ce cas, une machine très limitée peut suffire. Un 486DX50 (c’est le minimum) permet, avec le logiciel ‘TurboCNC’, d’avoir au maximum 9000 pas par secondes, et jusqu’à 25000–40000 pas/seconde avec une machine plus rapide (la vitesse maximum dépend du circuit électronique gérant le port parallèle, pas de la vitesse de l’ordinateur de commande).
Le fonctionnement est très fluide. L’inconvénient, c’est qu’il n’y a aucun graphisme. Coût : 20$ US. Il existe d’autres logiciels DOS avec du graphisme, mais ils sont nettement plus coûteux.

Si vous utilisez un ordinateur sous Windows, il y a d’autres problèmes. Windows n’est pas un système ‘temps réel’, et son délai de réponse n’est pas garanti. De temps à autres (dito : plusieurs fois par secondes), il monopolise les ressources de la machine pour, notamment, faire des mises à jour de l’affichage. Cela crée des instabilités temporelles importantes par rapport au débit nécessaire pour la commande d’une fraiseuse.

Ces problèmes d’instabilité Windows limitent fortement le débit de la machine. Avec le programme NinosCFAO (Conception et exécution), il faut une machine de :

• 266 MHz pour obtenir un débit de 1 200 pas/secondes
• 1.3 GHz pour obtenir un débit de 8 000 pas/secondes

Et les pas seront probablement nettement moins réguliers qu’avec un 486DX50 sous DOS…

Ces problèmes peuvent être résolus de diverses manières :

• En utilisant un timer propre au PC pour générer des ‘interruptions’.
  L’horloge temps réel du PC peut générer au maximum 8192 interruptions par seconde. C’est ce qui est utilisé par le programme Master5 de Artsoft . Ce programme interprète du Code-G et fonctionne avec un débit régulier des pas jusqu’à la vitesse maximum (8 kHz). Coût : 100 $ US
  Machine minimum : Pentium 300 MHz.
• Il semble néanmoins que le même programmeur soit arrivé à générer suffisamment d’interruptions pour piloter à bonne vitesse de manière stable un PC sous Windows, mais seulement 2000 et XP, il s’agit du programme Mach1-2 de Artsoft. Débit maximum : 40 000 pas/secondes . Ce programme interprète du Code-G et peut importer les formats : DXF, HPGL, BMP, JPG. Coût : 150$ US . Machine minimum : Pentium 500 MHz - 128 Mo mémoire.
• Il existe des cartes de commande en liaison séries, mais elles nécessitent des commandes spéciales, qui ne sont pas forçément prévues dans les programmes existants.
  Laurent Fouga a créé une carte intelligente (la CNC8AM) qui, couplée avec un logiciel propriétaire, permet l’interprétation du Code-G. NinosCFAO peut commander cette carte (ou la CNC4AX ??) en mode série.

Solutions pas encore utilisées :

• Avoir un timer sur la carte de contrôle qui génère des interruptions sur le port parallèle, qui interrompent les processus en cours, et exécutent un petit programme qui envoie les pas si le temps est venu. C’est la solution qui existe sur les cartes de découpe à fil chaud, mais cette solution n’a pas encore été prévue, malgré un certain nombre de requêtes, sur les logiciels de fraisage. Un tel système permettrait d’atteindre plus de 60 000 pas/seconde sur un P200.
• Il serait possible de créer des cartes de commandes effectuant une bufferisation (un stockage provisoire) et un lissage temporel dans la carte de commande elle-même. Ce ne devrait pas être très compliqué avec un microcontrôleur, mais la mémoire de ceux-ci est plutôt limitée. Elle paraît néanmoins suffisante pour un lissage des pas, mais un peu courte pour gérer des accélérations.