SINUMERIK 840 数控系统嵌入式管理维护界面开发

张耀词 惠利军 姜娟娟

作者通联：中航飞机西安分公司设备总厂50 分厂 西安市140 信箱950 分箱 710089

E-mail：zhangyaoci2010@163.com

一、概述

数控机床管理人员了解主轴和程序运行时间等信息，可改进提高机床效率，维修人员了解电机温度和电流等机床状态信息，可为机床故障诊断和预知维修提供依据。为此开发SINUMERIK 840D 系统嵌入式管理维护界面，提取NC和PLC信息并加工成对机床使用人员有用信息，并把这些信息以画面方式清晰显示。

840D 系统具有HMI Programming Package、Wiccflexible和用户扩展接口等开发界面工具。前几种方法开发的界面，调试时较困难，可移植性差，基本需要一设备一调试。用户扩展接口是840D 系统的附加工具，开发不需另外软件和额外费用，用它开发的界面可以和数控界面无缝融合，在各个机床之间可移植性强。用户扩展接口以数控界面为基础，通过调用一系列指令，实现用户界面定制、外部图像导入以及变量定义。用户界面可方便嵌入到840D 系统界面中，使用者可在加工中随时了解机床维修信息。1个扩展用户接口界面包含表头（Header）、标题行（Display line）、屏幕窗体元素（Form element）、对话行（Dialog line）、图表（Graphic）、水平8个软键、垂直8个软键等元素。用户可通过编程对这些元素进行定制，接口界面中的变量可接受来自NC、PLC的信息。多个界面可嵌套定义，形成树形结构，界面之间切换非常方便。

二、管理维护界面的定制

50 分厂数控机床多为切屑机床，管理者主要关注主轴切屑时间、程序运行时间以及机床辅助工作时间等信息；主轴电机温度、电流和负载变化情况则是机床维护者关注信息。下面以这些信息作为对象，介绍开发管理维护界面。

1.文件的存放位置和文件名的确定

定义新界面的数据被存储于1个配置文件中，它以.COM作为文件后缀，此文件被系统自动解释和执行，结果自动在屏幕显示。文件名的确定不是任意的，而是具有一定规则，这和机床工作方式相关，如要将界面嵌入到840D 手动工作方式（JOG 方式）界面中，那么定义新界面的数据应该存放在MA_JOG.COM中，如要将界面嵌入到自动工作方式界面中，数据应存放在MA_AUTO.COM中。同理，文件还可存放在MA_MDI.COM、MA_PARA.COM 等文件中。为随时查看界面中的信息，该项目决定把界面同时嵌入到手动、自动工作界面中，这样就同时需要两个配置文件MA_JOG.COM和MA_AUTO.COM。

2.界面的定制

（1）软键的定义。定义840D 数控界面中的空白键，给它赋予新的键名。按下此键时，进入设计界面，软键定义编程如下。

（2）屏幕窗体的设计。包括窗体名称的确定，窗体主体位置的确定（窗体距屏幕顶部、左端的距离），窗体宽度、高度的确定，窗体中插入图表的名称及位置确定，窗体内分栏数的确定。定义窗体的指令格式M（Identifer/[Header]/[Graphic]/[Dimension]/[System or user variable]/[Graphic position]/[Attributer]），即 M（标识符/[窗体标题]/[待插入图表名]/[窗体位置]/[用NC 或PLC变量获取光标位置]/[待插入图表的位置]/[定义显示的栏数]），其中带[ ]的参数为可选项。

（3）屏幕窗体元素的设计。包括窗体元素名称、位置和色彩的确定，窗体元素数据类型的确定，与窗体元素相关的NC/PLC变量的确定，输入、输出区域位置和色彩的确定等项目。定义窗体元素的指令格式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 标识符=（变量类型/[变量的极限值]/[缺省]/[文本]/[属性]/[帮助显示]/[系统或用户变量]/[短文本位置]/[输入输出区域位置]/[输入输出区域色彩]/[帮助]），其中带[ ]的参数为可选项。

根据项目需求，管理维护界面定制的程序代码如下，管理维修界面效果见图1。

图1 嵌入式管理维护界面

三、PLC 程序编制

界面定制完成后，需要选择与界面中变量相关的信号，将它们加工成有用信息在界面显示。管理信息必须根据用户要求，选用相应信号，通过编制PLC 程序来实现监控。主轴运转时间监控，选用驱动信号DB36.DBX61.4和DB36.DBX94.4，将它们的非信号相与作为采样信号。程序运行时间监控，选用通道信号DB21.DBX35.0 作为采样信号。辅助工作时间定义为主轴不运转，程序不运行，选用信号DB36.DBX61.4、DB36.DBX94.4和DB21.DBX35.0为采样信号。要求上述3个时间能长期统计，断电后统计结果不丢失，开机后能继续累加。但是STEP7 软件计时器最大计时为2h46min30s，不能进行累加计时。该项目通过编制时间片脉冲程序与PLC 系统计数功能SFB1 相配合，计时范围可达216h。机床状态信息纷繁复杂，这些信息显示可根据具体项目采用不同方法。电机电流、负载和功率显示，可在定义变量时，通过编程的方法直接读入；电机温度的检测，可通过STEP 软件的FB2 功能块把这些参数读入到PLC中,然后转换成能在界面中显示的数据。为实现上述功能，编制以下PLC 程序块：①FC200——产生连续的时间脉冲；②SFB1——系统功能块，用于时间段的计数；③FC201——统计主轴运行时间、程序运行时间和辅助工作时间；④FC205——读取NC 参数信息；⑤DB121、DB122和DB123——调用SFB1 时的背景数据块；⑥DB132——调用功能块FB2 时所需的背景数据块；⑦DB128、DB133——HMI 与PLC 交换数据的接口。相关PLC 程序在此略去。

四、调试和备份

程序编制完成以后，实测各项目，要达到精确计时，就要观察变量中间值。观察24h 内变量MW6、MW7的中间值与理论值的差值，误差为6s，误差率=12/（24×3600）=0.007%，可满足设备精确计时要求。读取机床主轴信息时，初次引用的机床变量为$AA_LOAD[AX6]（AX6 是主轴的驱动编号），变量[AX6]引用不正确，界面显示“SPINDLE_LOAD ######## %”，这是由于控制系统找不到$AA_LOAD[AX6]对应的参数，用默认符号#填充对应的数值位。通过正确的引用主轴变量$AA_LOAD[SP]，界面中子项目“主轴负载百分比”显示“SPINDLE_LOAD 12.14637%”，正确显示。

调试完成后，需要备份系统，分别备份MMC和PLC，也可对PLC 备份以后，对硬盘作整体备份。画面制作程序存储在F：DHCUS.DIR 目录下的MA_JOG.COM、MA_AUTO.COM文件中。这样若硬盘损坏，只需更换硬盘，然后将备份的数据恢复即可，而不用重新编制HMI 界面程序和PLC 控制程序。

较之传统的加装外部计时器的方法，该方法能根据系统相关信息，精确统计出机床运行效率，而且计时时间长、不需额外投资，可在使用SINUMERIK 840D 系统的设备间方便互相移植。