SINUMERIK 840 數控系統嵌入式管理維護界面開發

張耀詞 惠利軍 姜娟娟

作者通聯：中航飛機西安分公司設備總廠50 分廠 西安市140 信箱950 分箱 710089

E-mail：zhangyaoci2010@163.com

一、概述

數控機床管理人員了解主軸和程序運行時間等信息，可改進提高機床效率，維修人員了解電機溫度和電流等機床狀態信息，可為機床故障診斷和預知維修提供依據。為此開發SINUMERIK 840D 系統嵌入式管理維護界面，提取NC和PLC信息并加工成對機床使用人員有用信息，并把這些信息以畫面方式清晰顯示。

840D 系統具有HMI Programming Package、Wiccflexible和用戶擴展接口等開發界面工具。前幾種方法開發的界面，調試時較困難，可移植性差，基本需要一設備一調試。用戶擴展接口是840D 系統的附加工具，開發不需另外軟件和額外費用，用它開發的界面可以和數控界面無縫融合，在各個機床之間可移植性強。用戶擴展接口以數控界面為基礎，通過調用一系列指令，實現用戶界面定制、外部圖像導入以及變量定義。用戶界面可方便嵌入到840D 系統界面中，使用者可在加工中隨時了解機床維修信息。1個擴展用戶接口界面包含表頭（Header）、標題行（Display line）、屏幕窗體元素（Form element）、對話行（Dialog line）、圖表（Graphic）、水平8個軟鍵、垂直8個軟鍵等元素。用戶可通過編程對這些元素進行定制，接口界面中的變量可接受來自NC、PLC的信息。多個界面可嵌套定義，形成樹形結構，界面之間切換非常方便。

二、管理維護界面的定制

50 分廠數控機床多為切屑機床，管理者主要關注主軸切屑時間、程序運行時間以及機床輔助工作時間等信息；主軸電機溫度、電流和負載變化情況則是機床維護者關注信息。下面以這些信息作為對象，介紹開發管理維護界面。

1.文件的存放位置和文件名的確定

定義新界面的數據被存儲于1個配置文件中，它以.COM作為文件后綴，此文件被系統自動解釋和執行，結果自動在屏幕顯示。文件名的確定不是任意的，而是具有一定規則，這和機床工作方式相關，如要將界面嵌入到840D 手動工作方式（JOG 方式）界面中，那么定義新界面的數據應該存放在MA_JOG.COM中，如要將界面嵌入到自動工作方式界面中，數據應存放在MA_AUTO.COM中。同理，文件還可存放在MA_MDI.COM、MA_PARA.COM 等文件中。為隨時查看界面中的信息，該項目決定把界面同時嵌入到手動、自動工作界面中，這樣就同時需要兩個配置文件MA_JOG.COM和MA_AUTO.COM。

2.界面的定制

（1）軟鍵的定義。定義840D 數控界面中的空白鍵，給它賦予新的鍵名。按下此鍵時，進入設計界面，軟鍵定義編程如下。

（2）屏幕窗體的設計。包括窗體名稱的確定，窗體主體位置的確定（窗體距屏幕頂部、左端的距離），窗體寬度、高度的確定，窗體中插入圖表的名稱及位置確定，窗體內分欄數的確定。定義窗體的指令格式M（Identifer/[Header]/[Graphic]/[Dimension]/[System or user variable]/[Graphic position]/[Attributer]），即 M（標識符/[窗體標題]/[待插入圖表名]/[窗體位置]/[用NC 或PLC變量獲取光標位置]/[待插入圖表的位置]/[定義顯示的欄數]），其中帶[ ]的參數為可選項。

（3）屏幕窗體元素的設計。包括窗體元素名稱、位置和色彩的確定，窗體元素數據類型的確定，與窗體元素相關的NC/PLC變量的確定，輸入、輸出區域位置和色彩的確定等項目。定義窗體元素的指令格式DEF Identifer=（Variable type/[limit values or toggle field or table identifer]/[Default]/[Texts]/[Attributes]/[Help display]/[System or user variable]/[Position of short text]/[colors]/[Help]），即DEF 標識符=（變量類型/[變量的極限值]/[缺省]/[文本]/[屬性]/[幫助顯示]/[系統或用戶變量]/[短文本位置]/[輸入輸出區域位置]/[輸入輸出區域色彩]/[幫助]），其中帶[ ]的參數為可選項。

根據項目需求，管理維護界面定制的程序代碼如下，管理維修界面效果見圖1。

圖1 嵌入式管理維護界面

三、PLC 程序編制

界面定制完成后，需要選擇與界面中變量相關的信號，將它們加工成有用信息在界面顯示。管理信息必須根據用戶要求，選用相應信號，通過編制PLC 程序來實現監控。主軸運轉時間監控，選用驅動信號DB36.DBX61.4和DB36.DBX94.4，將它們的非信號相與作為采樣信號。程序運行時間監控，選用通道信號DB21.DBX35.0 作為采樣信號。輔助工作時間定義為主軸不運轉，程序不運行，選用信號DB36.DBX61.4、DB36.DBX94.4和DB21.DBX35.0為采樣信號。要求上述3個時間能長期統計，斷電后統計結果不丟失，開機后能繼續累加。但是STEP7 軟件計時器最大計時為2h46min30s，不能進行累加計時。該項目通過編制時間片脈沖程序與PLC 系統計數功能SFB1 相配合，計時范圍可達216h。機床狀態信息紛繁復雜，這些信息顯示可根據具體項目采用不同方法。電機電流、負載和功率顯示，可在定義變量時，通過編程的方法直接讀入；電機溫度的檢測，可通過STEP 軟件的FB2 功能塊把這些參數讀入到PLC中,然后轉換成能在界面中顯示的數據。為實現上述功能，編制以下PLC 程序塊：①FC200——產生連續的時間脈沖；②SFB1——系統功能塊，用于時間段的計數；③FC201——統計主軸運行時間、程序運行時間和輔助工作時間；④FC205——讀取NC 參數信息；⑤DB121、DB122和DB123——調用SFB1 時的背景數據塊；⑥DB132——調用功能塊FB2 時所需的背景數據塊；⑦DB128、DB133——HMI 與PLC 交換數據的接口。相關PLC 程序在此略去。

四、調試和備份

程序編制完成以后，實測各項目，要達到精確計時，就要觀察變量中間值。觀察24h 內變量MW6、MW7的中間值與理論值的差值，誤差為6s，誤差率=12/（24×3600）=0.007%，可滿足設備精確計時要求。讀取機床主軸信息時，初次引用的機床變量為$AA_LOAD[AX6]（AX6 是主軸的驅動編號），變量[AX6]引用不正確，界面顯示“SPINDLE_LOAD ######## %”，這是由于控制系統找不到$AA_LOAD[AX6]對應的參數，用默認符號#填充對應的數值位。通過正確的引用主軸變量$AA_LOAD[SP]，界面中子項目“主軸負載百分比”顯示“SPINDLE_LOAD 12.14637%”，正確顯示。

調試完成后，需要備份系統，分別備份MMC和PLC，也可對PLC 備份以后，對硬盤作整體備份。畫面制作程序存儲在F：DHCUS.DIR 目錄下的MA_JOG.COM、MA_AUTO.COM文件中。這樣若硬盤損壞，只需更換硬盤，然后將備份的數據恢復即可，而不用重新編制HMI 界面程序和PLC 控制程序。

較之傳統的加裝外部計時器的方法，該方法能根據系統相關信息，精確統計出機床運行效率，而且計時時間長、不需額外投資，可在使用SINUMERIK 840D 系統的設備間方便互相移植。