840DSL 數控系統刀具設定狀態防錯策略研究

張 輝，侯明洋，張 飛

（上汽通用汽車有限公司武漢分公司，湖北武漢 430200）

0 引言

在某汽車廠發動機項目期間，由于人為誤操作導致一把原本有刀具折斷檢測功能的刀具被取消了刀檢功能，而這把刀具在加工過程中損壞。生產操作工在不知情的情況下批量加工工件，待測量發現工件不合格后才進行質量追溯，結果發現了大批量的工件報廢，浪費了大量的人力，還導致了嚴重的質量事故。

刀具折斷檢測功能位于840DSL 系統中的刀具管理界面，為機床制造供應商二次開發的功能，但是通常設備制造商沒有設置畫面加密保護或是在程序中設置防錯報警。勾選和取消刀檢功能不需要輸入任何密碼或插入西門子專用的權限鑰匙，而且取消刀具檢測設定狀態后HMI 上沒有任何提示[1]。當人為誤操作將刀具折斷檢測功能取消后，就會存在較大的質量風險。通過分析研究，基于西門子840DSL 數控系統本文提出了在刀具管理界面加密保護人為誤操作和創建防錯報警程序兩種策略，最終實現有效規避該類風險再次發生的功能。

1 策略分析及論證

如圖1 所示，西門子840DSL 標準的刀具管理信息中不包含刀具折斷檢測和刀具內冷的相關設定和狀態信息。若要讀取更多的刀具相關參數需要用到用戶自定義的數據類型，西門子840DSL 系統默認用戶最多可以自定義10 個特殊的用戶數據。用戶自定義數據類型說明如圖2 所示。

圖1 西門子840DSL 標準刀具管理信息

圖2 西門子系統用戶自定義數據類型說明

為了增加其他需要的用戶設定，需要增加一個用戶配置腳本文件“SLTMLISTCONFIG.XML”，通過這個腳本文件用戶可以對需要增加的刀具管理設定進行定義和描述，最終這些規定好的刀具用戶自定義數據的內容會隨同系統自帶的刀具管理信息一同顯示在對應的刀具管理界面。HMI 用戶配置腳本文件如圖3 所示。

圖3 840DSL HMI 用戶配置腳本文件

由刀具管理數據用戶配置腳本文件可知，刀具自定義數據1 為刀具折斷檢測功能開啟和關閉設定，數據類型為BOOL 量，設定方式為CheckBox 勾選和取消；自定義數據2 為刀具內冷壓力設定值，數據類型為整數型，設定方式為輸入整數型數值。在“sltmlistdialog_eng.ts”文件中定義了這些自定義數據類型的顯示位置及相應的描述，如圖4 所示。

2 畫面加密保護策略

為了防止用戶數據設定誤修改，首選的策略就是將刀具設定狀態畫面加密后再進行顯示，即用戶只能通過輸入口令或插入專用權限的鑰匙才能解鎖，這樣能有效避免低權限用戶對關鍵用戶數據進行操作。

圖4 HMI 腳本文件中的刀具自定義數據描述

畫面加密保護具體實現方法為：修改原始HMI 用戶配置腳本文件，在ToolBrokencheck 列中添加權限函數＜AccessLevel value=‘5’type=‘uint’/＞。如下圖所示，圖5 為原始HMI 用戶配置腳本文件，圖6 為添加權限函數后的HMI 腳本文件。

如圖6 所示，給刀具折斷檢測畫面增加密碼保護，密碼權限等級設置為西門子5 級，僅當用戶輸入的密碼等級不低于此權限等級時，才能激活刀具折斷檢測修改設定值功能[2]。增加了畫面密碼保護后的刀具折斷檢測畫面如圖7 所示，當用戶登錄權限低于刀檢密碼保護權限時，BK 一列的刀檢狀態設定一欄選項顯示為灰色，表示當前權限下無法對刀具折斷檢測設定狀態進行修改。

圖5 原始HMI 用戶配置腳本文件

圖6 添加權限函數后的HMI 腳本文件

圖7 增加密碼保護后的刀具折斷檢測畫面

完成了刀具檢測設定畫面加密功能之后，可在很大程度上減少低權限用戶對刀具設定等關鍵性的參數進行修改和誤操作的可能性；但從另外的角度去考慮：即使對刀檢功能設定畫面進行了加密保護，也不能完全保證該畫面解鎖后沒有人為的誤操作行為，因此畫面加密保護策略僅作為基礎方案，要尋求從根本上解決問題的方案。

3 創建防錯程序策略

本策略是將刀具的刀檢設定狀態和內冷壓力設定值讀取出來并創建防錯程序。通過使用系統變量$TC 將刀庫里每把刀具的刀檢設定狀態和內冷壓力設定值讀取出來并存儲在用戶變量中，然后同時在NC 和PLC 程序中將讀取出來的設定值與固化（原始）的狀態設定值作對比邏輯判斷，若出現不匹配狀況，則在設備啟動時就觸發相應報警，提示相關操作人員檢查對應刀具的設定是否正確，匹配若不正確故障無法消除。

首先，在MDA 方式下使用R 參數對刀具用戶自定義數據進行讀取測試，如圖8 所示。通過設定將讀取測試結果值儲存在相應的R 參數中以便核對。

如圖8 所示，其中R2、R4、R5 分別讀取刀具1、刀具2 和刀具3 的刀檢設定狀態，R6、R7 分別讀取刀具1、刀具3 的內冷壓力設定值。將讀取出來的測試結果與實際的刀具刀檢設定狀態和內冷設定值進行一一對比驗證，結果顯示讀取測試的存儲值與實際設定值完全一致。滿足測試預期的結果。

3.1 NC 報警實現

在NC 程序里定義相應的防錯變量，如圖9 所示。在DEF程序中定義報警變量，并設置其在 PLC程序中的輸出字節和相應的位信息，如圖10 所示。在NC 程序中編寫刀具用戶數據讀取判斷程序和相關的報警邏輯，如圖11 所示。

圖8 對用戶自定義數據進行讀取測試

圖9 在NC 程序中定義防錯變量

圖10 在DEF 程序中設置報警變量的PLC 輸出地址

圖11 NC 程序中的刀具用戶數據讀取報警邏輯

3.2 PLC 報警實現

在PLC 程序中，根據NC 發送過來的刀檢和刀具內冷設定值判斷狀態，編輯相關的報警邏輯（具體的判斷條件可根據實際情況做相應的調整），如圖12 所示。

3.3 制作HMI 報警文本

最后，還需要制作相應的HMI 報警文本，輸出對應的報警信息，HMI 報警文本如圖13 所示。如圖13 所示，當刀具折斷檢測和刀具內冷實際狀態與設定狀態不一致時，PLC 程序中將輸出報警信號，并在機床HMI 畫面上顯示“刀具折斷檢測狀態判斷故障”或“刀具內冷壓力設定狀態判斷故障”報警信息，提示用戶進行確認[3]。

相比于畫面加密保護策略，創建防錯程序策略對操作和修改參數的人員的安全依賴性大大降低，徹底防止了人為誤操作的可能性，顯著提高了加工中心刀具管理系統的安全性與可靠性。目前，兩種防錯策略都已在該箱體加工線所有加工中心上實施，并取得了良好的效果。

圖12 PLC 程序中的刀具設定狀態報警邏輯

圖13 HMI 報警文本

4 結論

本文提出的畫面加密保護和創建防錯程序兩種策略，徹底防止了人為誤操作，顯著提高了加工中心刀具管理系統的安全性與可靠性，降低了質量風險和工廢成本，同時對于其他加工中心設備也有一定的借鑒意義。