數控系統用戶數據交互接口及應用*

劉本剛，金光云，吳天馳，潘高楊，張云鵬

(沈陽飛機工業(集團)有限公司,遼寧 沈陽 110034)

0 引言

西門子SINUMERIK 840D/840Dsl作為完全開放性的數控系統，支持用戶根據業務需求深度擴展和二次開發并定制相關功能。其中，為實現數控系統人機通信單元MMC、數控單元NCK、邏輯控制單元PLC與驅動系統數據交互，提供了若干數據接口信號，極大方便了不同領域的用戶自定義實現高級功能。本文以某機床測量系統現場頻發的硬件故障診斷和維護為例，通過在原控制邏輯基礎上增加基于機床PLC數據信號的測量系統快速切換功能，替代原繁瑣低效的基于電腦端S7軟件修改測量系統指令以切換測量系統生效的方式，并基于接口信號通過優化原PLC邏輯提高故障診斷過程的人機交互性，從而實現故障和報警快速定位能力。

1 常用接口信號及功能

接口信號實現了PLC與數控系統NCK以及人機界面MMC之間的數據通信。在西門子數控系統中，接口信號數量非常豐富[1]，理解這些接口地址及意義對實現自定義的控制功能具有重要意義。其中，PLC與NCK、MMC之間的數據接口就是數據塊DB，包括基本數據塊和用戶數據塊，數據塊中保存了數控系統控制(指令)信息和狀態(過程)信息。基本數據塊又稱為系統數據接口，按照數據功能通常分為MMC數據接口(DB19)、NC數據接口(DB10)、方式組數據接口(DB11)、通道數據接口(DB21～DB30)、軸數據接口(DB31～DB61)、安全集成接口信號(DB18)等。在使用時應注意系統接口信號是有方向性的，如NCK到PLC的是只讀的系統內部狀態信號，而PLC到NCK的是控制請求信號。如自定義帶參數的Mxxxxyyyy指令(其中xxxx為M功能碼，yyyy為用戶參數，文中特指流量)，PLC通過解析動態M擴展指令接口信號DB21.DBD72來執行預定按需冷卻功能[2]。相對于系統數據接口，上述提到的用戶數據塊作為數據交互的途徑之一，在本文中泛指根據功能開發需要通過NC VAR SELECTOR軟件生成與NC變量對應的自定義數據塊，在PLC中通過使用FC2/3功能調用該數據塊，實現用戶功能程序數據與NC數據的交互，該方法支持西門子向用戶提供的所有NC變量與PLC數據進行交互。如通過選擇機床位置變量(channel oolactposp[u1,1],具體是通道1中1號軸的位置)生成自定義數據塊，在PLC用戶程序中監控機床旋轉軸位置，從而判斷是否可以執行主軸松刀指令。

本文在原控制邏輯基礎上，通過使用PLC機床數據(DB20)接口信號交互功能，解決機床測量系統全閉環與半閉環之間的快速切換問題。同時，通過程序優化，實現報警信號的自解析與故障快速定位功能。

2 機床測量系統快速切換PLC程序設計與優化

西門子數控系統支持測量系統切換的方式多樣，但最主要的是更改軸信號接口(DB31～DB60)相關數據和機床參數MD30200。

某機床頻發測量系統硬件故障，伴隨同步超差報警處理過程中，需要頻繁切換第一、二測量系統以變換軸第二測量系統讀頭的相對位置嘗試尋找測量系統有效位置，并在此基礎上解決移動軸同步問題。原操作是每次通過外部連接安裝S7軟件的電腦，并在線分別修改每個軸的軸信號(DB3X.DBX1.5/ DB3X.DBX1.6，X是軸號)，在此基礎上修改其他機床參數(MD30200等)使期望測量系統生效，該過程繁瑣、效率低，且頻繁連接外部電腦不符合保密管理規定。本文采用模塊化程序設計模式，由機床用戶參數14512[n](n為參數編號)控制軸信號的切換，所有軸信號修改定義在同一功能FC中。當某個具體軸測量系統切換時，PLC只需根據14512[n]的設定值調用上述功能FC即可完成相應軸的軸信號(DB3X.DBX1.5/ DB3X.DBX1.6，X是軸號)修改，在此基礎上修改其他機床參數即可完成軸測量系統的切換。如此，避免了連接電腦、手動修改程序的繁瑣步驟和確認過程。

測量系統快速切換功能流程如圖1所示，以切換Y軸為第一測量系統為例，在機床通用參數中將14512[10]的第二位清0，修改機床參數MD30200為1，重啟NCK后，Y軸已修改為第一測量系統。反之，將14512[10]的第二位置為1，并修改機床參數MD30200為2，重啟NCK后，Y軸已修改為第二測量系統。具體過程如下：當PLC監測到十六進制數據DB20.DBX89.1(即十六進制用戶機床數據1512[10]的第二位，本文中第一位到第七位分別對應機床X/Y/Z/A/B/TM/SP軸)變化后，自動判斷Y軸機床數據MD30200(編碼器個數)是否與Y軸接口信號一致，即DB20.DBX89.1值為1時，MD30200=2，此時是設置第二測量系統將生效；反之， DB20.DBX89.1值為0時，MD30200=1，此時是設置第一測量系統將生效。若不一致則觸發測量系統數據設置錯誤提示，若僅清除報警不修改數據將在后續軸回零后仍觸發軸未回參考原點報警。上述設置切換測量系統參數后，自動調用相應軸的接口信號修改功能FC131，如設置半閉環則FC131將執行DB32.DBX1.5置位， DB32.DBX1.6復位等操作。上電后，可執行軸回原點操作。在執行上述程序過程中，若觸發相關報警(報警號與接口信號DB2對應)，則自動調用FC152功能。FC152定義了報警號與DB2的地址解析過程，并將解析結果(即當前用戶報警地址)保存在14514中，供直接查詢和快速定位PLC中的報警點和觸發報警的程序段。其中部分重要程序說明如下：

(1) 調用程序。在調用程序中，主要是判斷測量系統切換方向，主要程序如下：

CALL FC 131

IN0：=L1.0 // 軸已激活，未屏蔽

IN1：=L1.1 // 當前測量系統狀態

IN2：=L1.2 // 測量系統切換指令(0：第一測量系統；1：第二測量系統)

IN3：=LB2 //軸接口數據塊號(31-37)

IN4：=T60 //報警定時

OUT5：=M64.3 //輸出指令？

IO6：=DB2.DBX248.3 //異常報警

IO7：=DB60.DBW118 //狀態信息

(2) 參數修改功能FC131主程序。該部分主要實現軸接口信號的值為復位，其中半閉環置位復位觸發器實現代碼如下：

OPEN DB35

AN #IN2

S DBX 1.5

A(

A #IN1

AN DBX 93.7

O #IN2

)

R DBX1.5

3 總結

本文在分析常用數據接口信號基礎上，結合機床測量系統頻發故障，基于原控制邏輯通過增加機床PLC數據接口和控制邏輯優化，實現了機床各軸測量系統快速切換功能，提高了測量系統故障快速定位和快速診斷水平，對于提高機床維護能力和定制開發自定義功能模塊具有重要意義。