張耀詞 惠利軍 姜娟娟

作者通聯(lián)：中航飛機(jī)西安分公司設(shè)備總廠50 分廠 西安市140 信箱950 分箱 710089

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一、概述

數(shù)控機(jī)床管理人員了解主軸和程序運(yùn)行時(shí)間等信息，可改進(jìn)提高機(jī)床效率，維修人員了解電機(jī)溫度和電流等機(jī)床狀態(tài)信息，可為機(jī)床故障診斷和預(yù)知維修提供依據(jù)。為此開(kāi)發(fā)SINUMERIK 840D 系統(tǒng)嵌入式管理維護(hù)界面，提取NC和PLC信息并加工成對(duì)機(jī)床使用人員有用信息，并把這些信息以畫(huà)面方式清晰顯示。

840D 系統(tǒng)具有HMI Programming Package、Wiccflexible和用戶擴(kuò)展接口等開(kāi)發(fā)界面工具。前幾種方法開(kāi)發(fā)的界面，調(diào)試時(shí)較困難，可移植性差，基本需要一設(shè)備一調(diào)試。用戶擴(kuò)展接口是840D 系統(tǒng)的附加工具，開(kāi)發(fā)不需另外軟件和額外費(fèi)用，用它開(kāi)發(fā)的界面可以和數(shù)控界面無(wú)縫融合，在各個(gè)機(jī)床之間可移植性強(qiáng)。用戶擴(kuò)展接口以數(shù)控界面為基礎(chǔ)，通過(guò)調(diào)用一系列指令，實(shí)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(shí)了解機(jī)床維修信息。1個(gè)擴(kuò)展用戶接口界面包含表頭（Header）、標(biāo)題行（Display line）、屏幕窗體元素（Form element）、對(duì)話行（Dialog line）、圖表（Graphic）、水平8個(gè)軟鍵、垂直8個(gè)軟鍵等元素。用戶可通過(guò)編程對(duì)這些元素進(jìn)行定制，接口界面中的變量可接受來(lái)自NC、PLC的信息。多個(gè)界面可嵌套定義，形成樹(shù)形結(jié)構(gòu)，界面之間切換非常方便。

二、管理維護(hù)界面的定制

50 分廠數(shù)控機(jī)床多為切屑機(jī)床，管理者主要關(guān)注主軸切屑時(shí)間、程序運(yùn)行時(shí)間以及機(jī)床輔助工作時(shí)間等信息；主軸電機(jī)溫度、電流和負(fù)載變化情況則是機(jī)床維護(hù)者關(guān)注信息。下面以這些信息作為對(duì)象，介紹開(kāi)發(fā)管理維護(hù)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(chǔ)于1個(gè)配置文件中，它以.COM作為文件后綴，此文件被系統(tǒng)自動(dòng)解釋和執(zhí)行，結(jié)果自動(dòng)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(jī)床工作方式相關(guān)，如要將界面嵌入到840D 手動(dòng)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(dòng)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(shí)查看界面中的信息，該項(xiàng)目決定把界面同時(shí)嵌入到手動(dòng)、自動(dòng)工作界面中，這樣就同時(shí)需要兩個(gè)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(shí)，進(jìn)入設(shè)計(jì)界面，軟鍵定義編程如下。

（2）屏幕窗體的設(shè)計(jì)。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（Identifer/[Header]/[Graphic]/[Dimension]/[System or user variable]/[Graphic position]/[Attributer]），即 M（標(biāo)識(shí)符/[窗體標(biāo)題]/[待插入圖表名]/[窗體位置]/[用NC 或PLC變量獲取光標(biāo)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(xiàng)。

（3）屏幕窗體元素的設(shè)計(jì)。包括窗體元素名稱、位置和色彩的確定，窗體元素?cái)?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(xiàng)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(biāo)識(shí)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(xiàng)。

根據(jù)項(xiàng)目需求，管理維護(hù)界面定制的程序代碼如下，管理維修界面效果見(jiàn)圖1。

圖1 嵌入式管理維護(hù)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(guān)的信號(hào)，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(hào)，通過(guò)編制PLC 程序來(lái)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控。主軸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間監(jiān)控，選用驅(qū)動(dòng)信號(hào)DB36.DBX61.4和DB36.DBX94.4，將它們的非信號(hào)相與作為采樣信號(hào)。程序運(yùn)行時(shí)間監(jiān)控，選用通道信號(hào)DB21.DBX35.0 作為采樣信號(hào)。輔助工作時(shí)間定義為主軸不運(yùn)轉(zhuǎn)，程序不運(yùn)行，選用信號(hào)DB36.DBX61.4、DB36.DBX94.4和DB21.DBX35.0為采樣信號(hào)。要求上述3個(gè)時(shí)間能長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)，斷電后統(tǒng)計(jì)結(jié)果不丟失，開(kāi)機(jī)后能繼續(xù)累加。但是STEP7 軟件計(jì)時(shí)器最大計(jì)時(shí)為2h46min30s，不能進(jìn)行累加計(jì)時(shí)。該項(xiàng)目通過(guò)編制時(shí)間片脈沖程序與PLC 系統(tǒng)計(jì)數(shù)功能SFB1 相配合，計(jì)時(shí)范圍可達(dá)216h。機(jī)床狀態(tài)信息紛繁復(fù)雜，這些信息顯示可根據(jù)具體項(xiàng)目采用不同方法。電機(jī)電流、負(fù)載和功率顯示，可在定義變量時(shí)，通過(guò)編程的方法直接讀入；電機(jī)溫度的檢測(cè)，可通過(guò)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(shí)現(xiàn)上述功能，編制以下PLC 程序塊：①FC200——產(chǎn)生連續(xù)的時(shí)間脈沖；②SFB1——系統(tǒng)功能塊，用于時(shí)間段的計(jì)數(shù)；③FC201——統(tǒng)計(jì)主軸運(yùn)行時(shí)間、程序運(yùn)行時(shí)間和輔助工作時(shí)間；④FC205——讀取NC 參數(shù)信息；⑤DB121、DB122和DB123——調(diào)用SFB1 時(shí)的背景數(shù)據(jù)塊；⑥D(zhuǎn)B132——調(diào)用功能塊FB2 時(shí)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(shí)測(cè)各項(xiàng)目，要達(dá)到精確計(jì)時(shí)，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/（24×3600）=0.007%，可滿足設(shè)備精確計(jì)時(shí)要求。讀取機(jī)床主軸信息時(shí)，初次引用的機(jī)床變量為$AA_LOAD[AX6]（AX6 是主軸的驅(qū)動(dòng)編號(hào)），變量[AX6]引用不正確，界面顯示“SPINDLE_LOAD ######## %”，這是由于控制系統(tǒng)找不到$AA_LOAD[AX6]對(duì)應(yīng)的參數(shù)，用默認(rèn)符號(hào)#填充對(duì)應(yīng)的數(shù)值位。通過(guò)正確的引用主軸變量$AA_LOAD[SP]，界面中子項(xiàng)目“主軸負(fù)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(duì)PLC 備份以后，對(duì)硬盤(pán)作整體備份。畫(huà)面制作程序存儲(chǔ)在F：DHCUS.DIR 目錄下的MA_JOG.COM、MA_AUTO.COM文件中。這樣若硬盤(pán)損壞，只需更換硬盤(pán)，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(jì)時(shí)器的方法，該方法能根據(jù)系統(tǒng)相關(guān)信息，精確統(tǒng)計(jì)出機(jī)床運(yùn)行效率，而且計(jì)時(shí)時(shí)間長(zhǎng)、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。