一、概述

　　數(shù)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(tài)信息，可為機床故障診斷和預(yù)知維修提供依據(jù)。為此開發(fā)SINUMERIK 840D系統(tǒng)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(tǒng)具有HMI Programming Package、Wiccflexible和用戶擴展接口等開發(fā)界面工具。前幾種方法開發(fā)的界面，調(diào)試時較困難，可移植性差，基本需要一設(shè)備一調(diào)試。用戶擴展接口是840D系統(tǒng)的附加工具，開發(fā)不需另外軟件和額外費用，用它開發(fā)的界面可以和數(shù)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(shù)控界面為基礎(chǔ)，通過調(diào)用一系列指令，實現(xiàn)用戶界面定制、外部圖像導(dǎo)入以及變量定義。用戶界面可方便嵌入到840D系統(tǒng)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(Dialogline)、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(jié)構(gòu)，界面之間切換非常方便。

二、管理維護界面的定制

　　50分廠數(shù)控機床多為切屑機床，管理者主要關(guān)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(guān)注信息。下面以這些信息作為對象，介紹開發(fā)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(shù)據(jù)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(tǒng)自動解釋和執(zhí)行，結(jié)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(guī)則，這和機床工作方式相關(guān)，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(shù)據(jù)應(yīng)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(shù)據(jù)應(yīng)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(shù)控界面中的空白鍵，給它賦予新的鍵名。按下此鍵時，進入設(shè)計界面，軟鍵定義編程如下。

　?。疭(start)； ／／定義一個軟鍵菜單開始標識　　HSl=(“spindle—Hours”，AC7，SEl)；／／水平第一軟鍵的鍵　　名定義為“spindle—　　Hours”　　PRESS(HSl)； ／／動作開始標識，按水平第一個鍵　　LM(“PAGl”)； ／／導(dǎo)入“PAGl”畫面　　END_PRESS； ／／動作結(jié)束標識　?。疎ND//菜單結(jié)束標識

　　(2)屏幕窗體的設(shè)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(nèi)分欄數(shù)的確定。定義窗體的指令格式M(Identife川Header]／[Graphic]／[Dimension]／[System or user variable]／[Graphie 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(shù)])，其中帶[]的參數(shù)為可選項。

　　(3)屏幕窗體元素的設(shè)計。包括窗體元素名稱、位置和色彩的確定，窗體元素數(shù)據(jù)類型的確定，與窗體元素相關(guān)的NC／PLC變量的確定，輸入、輸出區(qū)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／[1imit valuesor 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(tǒng)或用戶變量]／[短文本位置]／[輸入輸出區(qū)域位置]／[輸入輸出區(qū)域色彩]／[幫助])，其中帶[]的參數(shù)為可選項。

　　根據(jù)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。

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(guān)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(jù)用戶要求，選用相應(yīng)信號，通過編制PLC程序來實現(xiàn)監(jiān)控。主軸運轉(zhuǎn)時間監(jiān)控，選用驅(qū)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(jiān)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(zhuǎn)，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(tǒng)計，斷電后統(tǒng)計結(jié)果不丟失，開機后能繼續(xù)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(tǒng)計數(shù)功能SFBl相配合，計時范圍可達216}I。機床狀態(tài)信息紛繁復(fù)雜，這些信息顯示可根據(jù)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(shù)讀入到PLC中，然后轉(zhuǎn)換成能在界面中顯示的數(shù)據(jù)。為實現(xiàn)上述功能，編制以下PLC程序塊：①Fc20卜產(chǎn)生連續(xù)的時間脈沖；②sFBl——系統(tǒng)功能塊，用于時間段的計數(shù)；③Fc201——統(tǒng)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(shù)信息；⑤DB121、DBl22和DBl23——調(diào)用SFB1時的背景數(shù)據(jù)塊；⑥D(zhuǎn)B132——調(diào)用功能塊FB2時所需的背景數(shù)據(jù)塊；⑦DB128、DB133——HMI與PLC交換數(shù)據(jù)的接口。相關(guān)PLC程序在此略去。

四、調(diào)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(nèi)變量MW6、MW7的中間值與理論值的差值，誤差為6s，誤差率=12／(24x3600)=0．007％，可滿足設(shè)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$AA_LOAD[AX6](AX6是主軸的驅(qū)動編號)，變量[AX6]引用不正確，界面顯示“SPINDLE_LOAD#######％”，這是由于控制系統(tǒng)找不到$AAJDAD[AX6]對應(yīng)的參數(shù)，用默認符號#填充對應(yīng)的數(shù)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(diào)試完成后，需要備份系統(tǒng)，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：XDHXCUS．DIR目錄下的MAjOG．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(shù)據(jù)恢復(fù)即可，而不用重新編制HMI界面程序和PLC控制程序。

　　較之傳統(tǒng)的加裝外部計時器的方法，該方法能根據(jù)系統(tǒng)相關(guān)信息，精確統(tǒng)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(tǒng)的設(shè)備間方便互相移植。