基于西門子840D數(shù)控系統(tǒng)的倒置式立式車床人機(jī)界面開(kāi)發(fā)

侯春明 化春雷 邴 旭 徐兆成 賀鑫元 李 焱 劉春時(shí)

(沈陽(yáng)機(jī)床(集團(tuán))有限責(zé)任公司，遼寧沈陽(yáng)110142)

為了滿足人機(jī)界面更加人性化、高科技化的發(fā)展，數(shù)控系統(tǒng)也越來(lái)越具有更好的適應(yīng)性、通用性和擴(kuò)展性。例如在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)中，NC、PLC與PCU是數(shù)控系統(tǒng)的三大組成部分。PCU上安裝了系統(tǒng)供應(yīng)商提供的標(biāo)準(zhǔn)的HMI界面供用戶使用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的操作、監(jiān)控、編程、設(shè)置和診斷。同時(shí)西門子840D數(shù)控系統(tǒng)具有良好的開(kāi)放性，為機(jī)床制造商根據(jù)自身及用戶的需要進(jìn)行HMI界面的研究提供了一個(gè)良好的開(kāi)發(fā)環(huán)境。通過(guò)對(duì)HMI界面的研究，機(jī)床制造商可以針對(duì)不同的機(jī)床及應(yīng)用場(chǎng)合，開(kāi)發(fā)出獨(dú)具特色的人機(jī)交互界面。進(jìn)行西門子系統(tǒng)人機(jī)界面的開(kāi)發(fā)主要有兩種工具，分別是西門子公司提供的Programming Package和Configuration Package。本例人機(jī)界面的開(kāi)發(fā)軟件Wincc Flexible就隸屬于Configuration Package軟件范疇。作為Protool的替代品Wincc Flexible以其功能強(qiáng)大，使用方便而著稱。其主要特點(diǎn)如下:

(1)強(qiáng)大的組態(tài)功能，可組態(tài)基于Windows CE的SIMATIC HMI設(shè)備、西門子的C7、乃至PC機(jī);

(2)支持 TIA，可以與西門子的 STEP7 V5.3、iMapV2.0和Scout集成在一起;

(3)優(yōu)良的開(kāi)放性和擴(kuò)展性，支持Visual Basic腳本功能;

(4)簡(jiǎn)單、高效，易于上手，功能強(qiáng)大，提供智能化的向?qū)Чぞ?

(5)圖庫(kù)和操作對(duì)象豐富，供用戶使用，支持用戶自定義對(duì)象;

(6)強(qiáng)大的通信組態(tài)功能，支持多種通信類型。

1 機(jī)床操作面板界面設(shè)計(jì)

倒置式立式車床為本公司現(xiàn)有的機(jī)床，筆者根據(jù)生產(chǎn)需要及工作經(jīng)驗(yàn)，以簡(jiǎn)化操作，提高工作效率等為目的為本機(jī)床開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)了以下幾種人機(jī)界面。

(1)設(shè)定界面 用來(lái)設(shè)置運(yùn)行時(shí)間、系統(tǒng)參數(shù)、改變測(cè)量系統(tǒng)等。圖1為排屑器的工作時(shí)間設(shè)定界面。按下主菜單中的第二個(gè)水平鍵就會(huì)顯示本界面。界面中的運(yùn)行時(shí)間和間隔時(shí)間為排屑器運(yùn)行的時(shí)間參數(shù)設(shè)定值，其后面對(duì)應(yīng)的方框即為設(shè)定值的輸入位置，其默認(rèn)值為“0”。用戶通過(guò)修改這個(gè)參數(shù)可以很直觀地改變排屑器的運(yùn)行方式。而輸入框右邊的數(shù)字可以顯示目前排屑器在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)運(yùn)行了多長(zhǎng)時(shí)間和暫停了多長(zhǎng)時(shí)間。其簡(jiǎn)要設(shè)計(jì)過(guò)程如下:首先在庫(kù)中選擇相應(yīng)的OBJECT放在界面上。如運(yùn)行時(shí)間和間隔時(shí)間的文本顯示在本例中分別對(duì)應(yīng)OBJECT_92和OBJECT_93，其屬性為Text Field即文本域，在這里只需要寫上希望顯示的文本即可。用來(lái)更改排屑器工作時(shí)間參數(shù)的OBJECT為I/O Field，其變量形式分別與DB207.DBB4、DB207.DBB7 相對(duì)應(yīng)。用來(lái)顯示工作時(shí)間的OBJECT同樣為I/O Field，其變量形式分別與DB207.DBB6、DB207.DBB9相對(duì)應(yīng)。用來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能的PLC部分程序如下:

//排屑器工作時(shí)間設(shè)定值

L DB207.DBB 4

L DB207.DBB 5

==I

JC M001

L DB207.DBB 4

T DB207.DBB 5

T DB207.DBB 6

M001:L DB207.DBB 7

L DB207.DBB 8

==I

JC M002

L DB207.DBB 7

T DB207.DBB 8

T DB207.DBB 9

M002:NOP 0

//排屑器工作時(shí)間顯示值

SET

R DB207.DBX 3.1

R DB207.DBX 3.2

A DB207.DBX 2.2

JC m141

L DB207.DBB 4

T DB207.DBB 6

L DB207.DBB 7

T DB207.DBB 9

JU m142

m141:AN DB207.DBX 3.4

JC m143

A DB100.DBX 76.0

JCN m143

L DB207.DBB 6

L 0

==I

JC m145

L DB207.DBB 6

L -1

+I

T DB207.DBB 6

JU m143

m145:L DB207.DBB 9

L 0

==I

JC m146

L DB207.DBB 9

L -1

+I

T DB207.DBB 9

JU m143

m146:L DB207.DBB 4

T DB207.DBB 6

L DB207.DBB 7

T DB207.DBB 9

m143:L DB207.DBB 6

L 0

==I

JC m144

S DB207.DBX 3.1

JU m142

m144:L DB207.DBB 9

L 0

==I

JC m142

S DB207.DBX 3.2

m142:NOP 0

(2)診斷界面 用來(lái)處理I/O信息及報(bào)警等的界面。如圖2所示，本機(jī)床的控制柜內(nèi)采用萬(wàn)可公司的輸入輸出模塊，柜外從站采用西門子公司的ET200Pro模塊。由于從站較多，且分布在機(jī)床各處，因此要想在同一時(shí)間了解每個(gè)I/O的狀態(tài)非常困難。而操作界面上非常形象地表示出了輸入輸出模塊信息，界面中的每個(gè)PLC點(diǎn)都用與其對(duì)應(yīng)的小方塊自身的顏色變換來(lái)表現(xiàn)當(dāng)前在真正硬件I/O中的狀態(tài)。如圖2中，相應(yīng)的I/O點(diǎn)對(duì)應(yīng)的方塊為綠色則代表這些點(diǎn)有輸入或輸出，因此每個(gè)I/O點(diǎn)的當(dāng)前狀態(tài)就變得更加一目了然。用戶若想了解某個(gè)I/O點(diǎn)狀態(tài)只需調(diào)出此界面即可，大大縮短了診斷時(shí)間。

(3)監(jiān)控界面 用來(lái)實(shí)時(shí)在線顯示當(dāng)天加工的工件個(gè)數(shù)和總的加工工件個(gè)數(shù)。如圖3所示，在進(jìn)程監(jiān)控主界面下按下主菜單中第一個(gè)水平鍵就會(huì)顯示本界面。界面中的工件總數(shù)為本機(jī)床在運(yùn)行期間加工的所有工件的個(gè)數(shù)，其變量形式與DB254.DBD4對(duì)應(yīng)。界面中的當(dāng)天工件計(jì)數(shù)既可以為本機(jī)床在當(dāng)天運(yùn)行期間所完成的加工工件個(gè)數(shù)，也可以是通過(guò)自定義的H功能H51和H52定義的某個(gè)時(shí)間段的工件加工個(gè)數(shù)。其變量形式與DB254.DBD8對(duì)應(yīng)。界面中的按鈕為當(dāng)天工件計(jì)數(shù)重置按鈕，其變量形式與DB254.DBX2.1對(duì)應(yīng)。若按下主菜單中第七個(gè)垂直鍵就會(huì)啟動(dòng)此按鈕功能，將當(dāng)天工件計(jì)數(shù)數(shù)量清零。用來(lái)實(shí)現(xiàn)本界面功能的部分PLC程序如下:

//檢查是否有H功能(H50)被激活，這里用H50作為計(jì)數(shù)脈沖對(duì)工件個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)

A DB250.DBX 106.1 //H50

= DB254.DBX 2.0

//更新當(dāng)天計(jì)數(shù)器和總計(jì)數(shù)

A DB254.DBX 2.0 //計(jì)數(shù)器脈沖 H50

JCN M127

L DB254.DBD 4

L 1

+D //總計(jì)數(shù)器

T DB254.DBD 4

L DB254.DBD 8

L 1

+D //當(dāng)天計(jì)數(shù)器

T DB254.DBD 8

M127:NOP 0

//實(shí)現(xiàn)當(dāng)天計(jì)數(shù)器重置的軟鍵功能

A DB254.DBX 2.1 //當(dāng)天計(jì)數(shù)器重置軟鍵

JCN M140

R DB254.DBX 2.1

L 0

T DB254.DBD 8

M140:NOP 0

2 移動(dòng)面板觸摸屏的界面設(shè)計(jì)

本機(jī)床中采用的面板為西門子177DP移動(dòng)面板，如圖4所示畫面中共有4個(gè)按鈕，其中兩個(gè)是實(shí)現(xiàn)語(yǔ)言切換功能的English和中文按鈕分別與垂直鍵F4、F6對(duì)應(yīng)，用來(lái)切換界面的顯示語(yǔ)言。另外兩個(gè)按鈕為手輪功能和料道功能按鈕，分別與水平鍵位F10、F13一一對(duì)應(yīng)。按下橙色的手輪功能按鈕后進(jìn)入相應(yīng)的手輪功能界面，黃色的料道功能按鈕按下則進(jìn)入相應(yīng)的料道控制功能界面。其中手輪功能界面如圖5所示。按下圖4中左邊垂直鍵F3、F5、F7分別代表選中X、Y、Z軸，相應(yīng)的各個(gè)軸后面為當(dāng)前坐標(biāo)軸的實(shí)際位置坐標(biāo)值。若按下相應(yīng)的坐標(biāo)軸則進(jìn)入移動(dòng)坐標(biāo)軸的界面，如按下X按鈕則進(jìn)入圖6所示的操作界面。界面中高亮藍(lán)色代表當(dāng)前選中的軸是X軸。屏幕右邊的3個(gè)垂直按鈕“+”、“-”、“快速”分別實(shí)現(xiàn)坐標(biāo)軸的正向移動(dòng)、負(fù)向移動(dòng)和快速移動(dòng)，屏幕下方的按鈕“1NC”、“10NC”、“100NC”分別控制手動(dòng)移動(dòng) X 軸的增量大小。

3 結(jié)語(yǔ)

目前，應(yīng)用Wincc Flexible軟件針對(duì)西門子系統(tǒng)進(jìn)行人機(jī)界面開(kāi)發(fā)無(wú)疑是最簡(jiǎn)單有效的方式之一。實(shí)踐證明應(yīng)用其開(kāi)發(fā)的操作界面與機(jī)床結(jié)合在簡(jiǎn)化操作的同時(shí)大大節(jié)省了加工時(shí)間、提高了工作效率。另外，作為工業(yè)的母機(jī)數(shù)控機(jī)床在我國(guó)工業(yè)發(fā)展中的地位已毋庸置疑，而數(shù)控機(jī)床的人機(jī)界面設(shè)計(jì)直接影響其工作效率。因此我們有理由相信作為提高數(shù)控機(jī)床工作效率的重要一環(huán)，隨著機(jī)床產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，人機(jī)界面開(kāi)發(fā)同樣有著廣闊的市場(chǎng)前景。

1 Wincc flexible 2005［Z］.Siemens，2005.

2 BA_HMIDEVICE_MobilePanel177_chs［Z］.Siemens，2005.

3 用于S7300/400系統(tǒng)和標(biāo)準(zhǔn)功能的系統(tǒng)軟件［Z］.Siemens，2004.