基于西門子840D數控系統的倒置式立式車床人機界面開發

侯春明 化春雷 邴 旭 徐兆成 賀鑫元 李 焱 劉春時

(沈陽機床(集團)有限責任公司，遼寧沈陽110142)

為了滿足人機界面更加人性化、高科技化的發展，數控系統也越來越具有更好的適應性、通用性和擴展性。例如在西門子840D數控系統中，NC、PLC與PCU是數控系統的三大組成部分。PCU上安裝了系統供應商提供的標準的HMI界面供用戶使用，能夠實現對系統的操作、監控、編程、設置和診斷。同時西門子840D數控系統具有良好的開放性，為機床制造商根據自身及用戶的需要進行HMI界面的研究提供了一個良好的開發環境。通過對HMI界面的研究，機床制造商可以針對不同的機床及應用場合，開發出獨具特色的人機交互界面。進行西門子系統人機界面的開發主要有兩種工具，分別是西門子公司提供的Programming Package和Configuration Package。本例人機界面的開發軟件Wincc Flexible就隸屬于Configuration Package軟件范疇。作為Protool的替代品Wincc Flexible以其功能強大，使用方便而著稱。其主要特點如下:

(1)強大的組態功能，可組態基于Windows CE的SIMATIC HMI設備、西門子的C7、乃至PC機;

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

(3)優良的開放性和擴展性，支持Visual Basic腳本功能;

(4)簡單、高效，易于上手，功能強大，提供智能化的向導工具;

(5)圖庫和操作對象豐富，供用戶使用，支持用戶自定義對象;

(6)強大的通信組態功能，支持多種通信類型。

1 機床操作面板界面設計

倒置式立式車床為本公司現有的機床，筆者根據生產需要及工作經驗，以簡化操作，提高工作效率等為目的為本機床開發設計了以下幾種人機界面。

(1)設定界面 用來設置運行時間、系統參數、改變測量系統等。圖1為排屑器的工作時間設定界面。按下主菜單中的第二個水平鍵就會顯示本界面。界面中的運行時間和間隔時間為排屑器運行的時間參數設定值，其后面對應的方框即為設定值的輸入位置，其默認值為“0”。用戶通過修改這個參數可以很直觀地改變排屑器的運行方式。而輸入框右邊的數字可以顯示目前排屑器在設定的時間范圍內運行了多長時間和暫停了多長時間。其簡要設計過程如下:首先在庫中選擇相應的OBJECT放在界面上。如運行時間和間隔時間的文本顯示在本例中分別對應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。用來更改排屑器工作時間參數的OBJECT為I/O Field，其變量形式分別與DB207.DBB4、DB207.DBB7 相對應。用來顯示工作時間的OBJECT同樣為I/O Field，其變量形式分別與DB207.DBB6、DB207.DBB9相對應。用來實現其功能的PLC部分程序如下:

//排屑器工作時間設定值

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 用來處理I/O信息及報警等的界面。如圖2所示，本機床的控制柜內采用萬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，且分布在機床各處，因此要想在同一時間了解每個I/O的狀態非常困難。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PLC點都用與其對應的小方塊自身的顏色變換來表現當前在真正硬件I/O中的狀態。如圖2中，相應的I/O點對應的方塊為綠色則代表這些點有輸入或輸出，因此每個I/O點的當前狀態就變得更加一目了然。用戶若想了解某個I/O點狀態只需調出此界面即可，大大縮短了診斷時間。

(3)監控界面 用來實時在線顯示當天加工的工件個數和總的加工工件個數。如圖3所示，在進程監控主界面下按下主菜單中第一個水平鍵就會顯示本界面。界面中的工件總數為本機床在運行期間加工的所有工件的個數，其變量形式與DB254.DBD4對應。界面中的當天工件計數既可以為本機床在當天運行期間所完成的加工工件個數，也可以是通過自定義的H功能H51和H52定義的某個時間段的工件加工個數。其變量形式與DB254.DBD8對應。界面中的按鈕為當天工件計數重置按鈕，其變量形式與DB254.DBX2.1對應。若按下主菜單中第七個垂直鍵就會啟動此按鈕功能，將當天工件計數數量清零。用來實現本界面功能的部分PLC程序如下:

//檢查是否有H功能(H50)被激活，這里用H50作為計數脈沖對工件個數進行計數

A DB250.DBX 106.1 //H50

= DB254.DBX 2.0

//更新當天計數器和總計數

A DB254.DBX 2.0 //計數器脈沖 H50

JCN M127

L DB254.DBD 4

L 1

+D //總計數器

T DB254.DBD 4

L DB254.DBD 8

L 1

+D //當天計數器

T DB254.DBD 8

M127:NOP 0

//實現當天計數器重置的軟鍵功能

A DB254.DBX 2.1 //當天計數器重置軟鍵

JCN M140

R DB254.DBX 2.1

L 0

T DB254.DBD 8

M140:NOP 0

2 移動面板觸摸屏的界面設計

本機床中采用的面板為西門子177DP移動面板，如圖4所示畫面中共有4個按鈕，其中兩個是實現語言切換功能的English和中文按鈕分別與垂直鍵F4、F6對應，用來切換界面的顯示語言。另外兩個按鈕為手輪功能和料道功能按鈕，分別與水平鍵位F10、F13一一對應。按下橙色的手輪功能按鈕后進入相應的手輪功能界面，黃色的料道功能按鈕按下則進入相應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，相應的各個軸后面為當前坐標軸的實際位置坐標值。若按下相應的坐標軸則進入移動坐標軸的界面，如按下X按鈕則進入圖6所示的操作界面。界面中高亮藍色代表當前選中的軸是X軸。屏幕右邊的3個垂直按鈕“+”、“-”、“快速”分別實現坐標軸的正向移動、負向移動和快速移動，屏幕下方的按鈕“1NC”、“10NC”、“100NC”分別控制手動移動 X 軸的增量大小。

3 結語

目前，應用Wincc Flexible軟件針對西門子系統進行人機界面開發無疑是最簡單有效的方式之一。實踐證明應用其開發的操作界面與機床結合在簡化操作的同時大大節省了加工時間、提高了工作效率。另外，作為工業的母機數控機床在我國工業發展中的地位已毋庸置疑，而數控機床的人機界面設計直接影響其工作效率。因此我們有理由相信作為提高數控機床工作效率的重要一環，隨著機床產業的不斷發展，人機界面開發同樣有著廣闊的市場前景。

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

2 BA_HMIDEVICE_MobilePanel177_chs［Z］.Siemens，2005.

3 用于S7300/400系統和標準功能的系統軟件［Z］.Siemens，2004.