基于西門子802Dsl數(shù)控系統(tǒng)的插齒機人機界面開發(fā)
2014-12-02 01:36:36宜昌長機科技有限責任公司湖北443003王樂強胡天明
金屬加工(冷加工) 2014年22期
■宜昌長機科技有限責任公司（湖北 443003）王樂強 胡天明
人機界面(Human Machine Interface，HMI) 是用戶與機床互相傳遞信息的媒介，用來實現(xiàn)信息的輸入與輸出。數(shù)控系統(tǒng)已經(jīng)具備比較通用的人機界面功能，用來實現(xiàn)操作、監(jiān)控、編程、設(shè)置和診斷功能。
隨著機械零部件加工工藝的不斷創(chuàng)新，新型數(shù)控系統(tǒng)的不斷涌現(xiàn)，同時也加大了用戶在安裝、調(diào)試、編程、操作和維護等方面的難度。在工件的加工過程中或在系統(tǒng)的調(diào)試和維護過程中，系統(tǒng)與用戶之間通過人機界面有著大量的交互過程。因此，開發(fā)出一個友好的、針對性強的人機界面，對于用戶和數(shù)控系統(tǒng)制造商來說都有很重要的意義。用戶既可以簡化操作，又可以提高生產(chǎn)率。而對于數(shù)控系統(tǒng)制造商，人機界面對數(shù)控系統(tǒng)的推廣使用也有很大的影響。
1.人機界面開發(fā)的實際需求
通用型數(shù)控系統(tǒng)的發(fā)展趨勢之一是界面友好、易操作。然而通用的數(shù)控系統(tǒng)界面對所有類型的機床展現(xiàn)的是同一種形式,不能根據(jù)用戶的需求進行相應(yīng)的調(diào)整。通過對通用的人機界面進行二次開發(fā)，機床制造商可以針對不同的機床和不同的場合，開發(fā)出獨具特色的人機交互界面。
目前，常用的西門子數(shù)控系統(tǒng)有802Dsl、810D、840Dpl。其中810D和840Dpl屬于中高端的數(shù)控系統(tǒng)功能很強大，進行人機界面開發(fā)功能也很完善，目前大部分機床廠家都是在這些系統(tǒng)上進行了人機界面的開發(fā)，應(yīng)用也是最為廣泛的，但是相應(yīng)的成本較高，開發(fā)軟件和使用的系統(tǒng)環(huán)境都是要收費的，而且在界面的開發(fā)過程中要使用到VB、VC等高級編程語言，對于很多數(shù)控工程師來說難度較大，耗時也較長。
而802Dsl作為經(jīng)濟型數(shù)控系統(tǒng)，過去人機界面的開發(fā)一直不被重視，普遍認為其人機界面能夠滿足絕大多數(shù)用戶的需要，因此國內(nèi)對該系統(tǒng)的界面開發(fā)研究較少。隨著數(shù)控技術(shù)的不斷進步和用戶要求的不斷提高，802Dsl系統(tǒng)功能也更加完善，可以滿足很多專用機床的控制要求，在實際中應(yīng)用也是越來越多，更重要的是該系統(tǒng)性價比高，而它所提供的人機界面的開發(fā)工具是基于XML語言的，可以保證開放性，它能夠讓用戶設(shè)計出客戶專用和應(yīng)用專用的HMI界面。開發(fā)的難度較低，卻可以實現(xiàn)參數(shù)設(shè)定、參數(shù)的保存調(diào)用、加工信息的顯示、人機交互等很多過去高端數(shù)控系統(tǒng)所具有的功能，并且開發(fā)的成本和難度比中高端數(shù)控系統(tǒng)要低很多，而且開發(fā)的軟件和過程都是完全免費的，因此具有很大的應(yīng)用前景。
2.人機界面的基本功能和框架
（1）802Dsl數(shù)控系統(tǒng)為用戶提供的是基于XML語言進行開發(fā)的自定義界面，它能在V1.4.3以上版本的系統(tǒng)上運行，可以實現(xiàn)的功能有：①軟鍵切換界面。②動態(tài)顯示和圖形顯示。③與系統(tǒng)NC、PLC、Drive進行數(shù)據(jù)交換。④條件判斷、循環(huán)的使用。⑤多種語言的切換顯示。⑥預(yù)定義功能函數(shù)使用等。
（2）人機界面文件的組成。為了進行用戶對話框的配置，需要使用控制系統(tǒng)中“制造商驅(qū)動器”目錄中的以下文件：①腳本文件*.xml存放路徑為/Machine manufacture/appl。②文本文件aluc.txt存放路徑/Machine manufacture/ing。③圖片文件*.bmp或*.png 存放路徑/Machine manufacture/ico 。
其中xmldial.xml是用戶自定義界面的主文件，也即是自定義界面的入口。
多個相連的對話框構(gòu)成了一個菜單樹。如果能從一個對話框切換入另一個對話框，則表示這兩個對話框間存在聯(lián)系。通過此對話框內(nèi)重新定義的水平或者垂直軟鍵可以返回上級對話框或者進入任意一個對話框。
可以在登入菜單后通過配置好的登入軟鍵生成更多的菜單樹。
登入菜單：在文件“xmldial.xml”中使用名稱“main”來定義登入菜單。登入菜單是操作流程自身的輸出點。使用主菜單可將自定義對話框和其他軟鍵條的載入結(jié)合起來。通過這些軟鍵條可以繼續(xù)執(zhí)行其他操作。
返回標準應(yīng)用程序：可以退出新定義的操作界面并返回到標準應(yīng)用程序。
圖1 用戶對話框菜單樹
（3）基本框架：①軟鍵定義。定義畫面中的軟鍵按下時，畫面執(zhí)行的動作，可以實現(xiàn)畫面的切換跳轉(zhuǎn)、參數(shù)載入、文件的調(diào)用等功能。畫面上的軟鍵從左至右水平軟鍵按照從1～8的序號依次排列，右邊的豎直軟鍵從上之下依次為9～16，畫面上一共有16個軟鍵。②菜單定義。在菜單的定義中包括了所有軟鍵的定義以及打開的界面。包括用來指定打開的界面，配置軟件在畫面中的位置，軟件在畫面中顯示的內(nèi)容和軟件指向菜單的名稱等。③界面定義。在界面中可以進行界面名稱的定義，初始化配置，界面屬性、動態(tài)控件、文本文字、圖片的設(shè)置，獲取光標位置進行各種擴展應(yīng)用，局部變量、實時計算以及周期循環(huán)執(zhí)行等功能。
3.界面初始化配置的方法和步驟
（1）首先進行初始化定義：初始化配置都包含在語句中。
在init中的內(nèi)容必須包含：控件連接類別定義等擴展功能。
（2）控件的配置基本格式如下：
Name為控鍵標識符，局部變量；Xpos/Ypos為控鍵在界面中擺放位置的X坐標與Y坐標；Refvar為與控鍵相關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)內(nèi)部變量；Hotlink為當控鍵與系統(tǒng)內(nèi)部變量值發(fā)生改變時，是否支持實時更新；Format為變量顯示類型；Fieldtype為控鍵類型：Edit為控鍵為可編輯型；Readonly為控鍵為只讀型；Combobox為控鍵為選項型；Progressbar為控鍵顯示為進度條。Property為控件屬性：min為輸入最小值；max為輸入最大值；Color_bk為輸入框背景色；Color_fg為輸入框中值的顏色；font為字體大小。
（3）文字的配置：
Xpos/Ypos為文字在界面中擺放位置的X坐標與Y坐標；color為文字的顏色。
（4）圖片的配置
Xpos/Ypos為圖片在界面中擺放位置的X坐標與Y坐標；Name為圖片所在文件夾的路徑。
（5）框體的配置：
Xpos/Ypos為框體在界面中擺放位置的X坐標與Y坐標；Width/height為框體的高度與寬度；color為框體的填充顏色。
（6）參數(shù)、變量的使用：在用戶自定義的界面中可以使用的參數(shù)有系統(tǒng)的全局變量，PLC地址變量，機床和驅(qū)動參數(shù)以及系統(tǒng)GUD變量等。NC變量地址如：Nck/Channel/Parameter/R[1]；nck/Channel/GeometricAxis/actToolEdgeCenterPos[0]；PLC變量地址如：PLC/mb170；PLC/V10001000.1；機床參數(shù)如：$MA_ENC_TYPE[0,AX1]；$SA_SPIND_MAX_VELO_G26[AX3]；驅(qū)動參數(shù)如：drive/cu/r0002；drive/dc/r0002[do1]；GUD變量如：Gud/_ZSFR[6]。
（7）其他擴展功能指令：運算指令
（8）語言切換：為了使用多語言環(huán)境的切換，因此需要用報警文本代替靜態(tài)文字。報警文本的編輯是用西門子的軟件RCS802來進行的。在使用時，把需要切換語言的文本用$$8xxxx代替，其中數(shù)字8xxxx代表報警文本所對應(yīng)的文本記錄。
可以使用報警文本替代的有：①標題：。②文字：。③消息框：
（9）xml程序的調(diào)試：將編寫完成的各個界面文件的內(nèi)容傳入系統(tǒng)“制造商驅(qū)動器”的對應(yīng)文件夾內(nèi)，制作好用于語言切換的語言文本之后，就可以在802Dsl數(shù)控系統(tǒng)上進行xml程序的調(diào)試了，在系統(tǒng)上進行調(diào)試需要制造商口令以上才能進行。
在界面的下方顯示有一排調(diào)試功能的圖標，分別提供了單步程序運行、程序運行、設(shè)定斷點、中斷程序執(zhí)行、顯示狀態(tài)窗口、隱藏狀態(tài)窗口和結(jié)束調(diào)試的功能（見圖2）。
圖2 系統(tǒng)界面的開發(fā)調(diào)試畫面
4.基于802Dsl數(shù)控系統(tǒng)開發(fā)數(shù)控插齒機人機界面的應(yīng)用實例
筆者應(yīng)用XML語言開發(fā)出了幾個界面，為公司的數(shù)控插齒機設(shè)計了適合數(shù)控齒輪插齒機的人機對話界面，用戶可以修改和設(shè)置加工零件的參數(shù)，從而無需重新編寫加工程序，大大簡化了操作，節(jié)約了時間，提高了生產(chǎn)率。而且還開發(fā)了獨有的加工參數(shù)保存和調(diào)用功能，特別使用于多品種大批量的零件加工。
（1）首先建立sgud.ini初始化文件，初始化文件中可以定義在界面和G碼加工程序中可用的參數(shù)類型REAL和數(shù)目CSR[200]。
N200 DEF CHAN APR 13 APW 13 REAL CSR[200]
（2）參數(shù)保存和調(diào)用的實現(xiàn)。在xmldial.xml中定義了保存參數(shù)和調(diào)入?yún)?shù)的功能函數(shù)WriteData，CallData通過按下界面上“保存參數(shù)”和“調(diào)入?yún)?shù)”兩個軟鍵調(diào)用相應(yīng)的函數(shù)，就能實現(xiàn)將參數(shù)寫入一個文本文件或是從文件中讀取出來并寫入系統(tǒng)參數(shù)CSR中。
（3）界面Form文件的編寫。包含了文本文字，動態(tài)控件以及圖片等內(nèi)容的界面Form文件可以放在xmldial.xml文件中，也可以為了方便查看和編輯，獨立編寫成一個*.xml文件，但是都需要用xmldial.xml文件中的定義應(yīng)用，并和xmldial.xml文件一起放置于系統(tǒng)“制造商驅(qū)動器”中的“appl”文件夾下。并在xmldial.xml文件中包含相應(yīng)的*.xml文件。
例如有一個單獨的Generalform.xml文件，則在xmldial.xml文件中需要用以下語句將該文件包含進來。
（4）在不改變原有的數(shù)控系統(tǒng)界面的基礎(chǔ)上，進入顯示自主開發(fā)的界面只需要按下系統(tǒng)操作界面上的“CUSTOM”按鍵即可運行專用的人機界面，如圖3、圖4所示。
圖3 各軸左邊顯示畫面
圖4 加工參數(shù)輸入界面
5.結(jié)語
經(jīng)過長期的試驗，在西門子802Dsl系統(tǒng)上開發(fā)的數(shù)控插齒機專用參數(shù)界面，能極大地方便這種專用機床的使用，提高了工作效率。這種開發(fā)的方法也為西門子802Dsl數(shù)控系統(tǒng)進行專用應(yīng)用的界面開發(fā)具有普遍的參考價值。機床制造企業(yè)通過對數(shù)控系統(tǒng)人機界面進行二次開發(fā)可以實現(xiàn)專業(yè)性更強和更加靈活的功能，開發(fā)出更加方便操作，應(yīng)用更加全面的人機界面，進而增加產(chǎn)品的附加值，提升產(chǎn)品的競爭力。
[1]邴旭，化春雷，李焱，等.西門子數(shù)控系統(tǒng)人機界面二次開發(fā)方法研究[J].制造技術(shù)與機床，2011(10)：163-167.
[2]張莉軍，杜宏祺，武玉明.大型滾齒加工設(shè)備只能切削軟件系統(tǒng)的開發(fā)[J].金屬加工(冷加工)，2012(9)：61-64.
專家點評
現(xiàn)在通用的數(shù)控系統(tǒng)界面對所有類型的機床展現(xiàn)的是同一種形式,不能根據(jù)用戶的需求進行相應(yīng)的調(diào)整。本文作者通過對通用的人機界面進行二次開發(fā)，得到了獨具特色的人機交互界面。
重點介紹了人機界面初始化定義及文字、圖片、框體配置應(yīng)用方法，同時介紹了語言切換、參數(shù)、變量及xml程序調(diào)試的步驟，這對于用戶和數(shù)控系統(tǒng)制造商來說都有很重要的指導(dǎo)意義。
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