840DSL 数控系统刀具设定状态防错策略研究

张 辉，侯明洋，张 飞

（上汽通用汽车有限公司武汉分公司，湖北武汉 430200）

0 引言

在某汽车厂发动机项目期间，由于人为误操作导致一把原本有刀具折断检测功能的刀具被取消了刀检功能，而这把刀具在加工过程中损坏。生产操作工在不知情的情况下批量加工工件，待测量发现工件不合格后才进行质量追溯，结果发现了大批量的工件报废，浪费了大量的人力，还导致了严重的质量事故。

刀具折断检测功能位于840DSL 系统中的刀具管理界面，为机床制造供应商二次开发的功能，但是通常设备制造商没有设置画面加密保护或是在程序中设置防错报警。勾选和取消刀检功能不需要输入任何密码或插入西门子专用的权限钥匙，而且取消刀具检测设定状态后HMI 上没有任何提示[1]。当人为误操作将刀具折断检测功能取消后，就会存在较大的质量风险。通过分析研究，基于西门子840DSL 数控系统本文提出了在刀具管理界面加密保护人为误操作和创建防错报警程序两种策略，最终实现有效规避该类风险再次发生的功能。

1 策略分析及论证

如图1 所示，西门子840DSL 标准的刀具管理信息中不包含刀具折断检测和刀具内冷的相关设定和状态信息。若要读取更多的刀具相关参数需要用到用户自定义的数据类型，西门子840DSL 系统默认用户最多可以自定义10 个特殊的用户数据。用户自定义数据类型说明如图2 所示。

图1 西门子840DSL 标准刀具管理信息

图2 西门子系统用户自定义数据类型说明

为了增加其他需要的用户设定，需要增加一个用户配置脚本文件“SLTMLISTCONFIG.XML”，通过这个脚本文件用户可以对需要增加的刀具管理设定进行定义和描述，最终这些规定好的刀具用户自定义数据的内容会随同系统自带的刀具管理信息一同显示在对应的刀具管理界面。HMI 用户配置脚本文件如图3 所示。

图3 840DSL HMI 用户配置脚本文件

由刀具管理数据用户配置脚本文件可知，刀具自定义数据1 为刀具折断检测功能开启和关闭设定，数据类型为BOOL 量，设定方式为CheckBox 勾选和取消；自定义数据2 为刀具内冷压力设定值，数据类型为整数型，设定方式为输入整数型数值。在“sltmlistdialog_eng.ts”文件中定义了这些自定义数据类型的显示位置及相应的描述，如图4 所示。

2 画面加密保护策略

为了防止用户数据设定误修改，首选的策略就是将刀具设定状态画面加密后再进行显示，即用户只能通过输入口令或插入专用权限的钥匙才能解锁，这样能有效避免低权限用户对关键用户数据进行操作。

图4 HMI 脚本文件中的刀具自定义数据描述

画面加密保护具体实现方法为：修改原始HMI 用户配置脚本文件，在ToolBrokencheck 列中添加权限函数＜AccessLevel value=‘5’type=‘uint’/＞。如下图所示，图5 为原始HMI 用户配置脚本文件，图6 为添加权限函数后的HMI 脚本文件。

如图6 所示，给刀具折断检测画面增加密码保护，密码权限等级设置为西门子5 级，仅当用户输入的密码等级不低于此权限等级时，才能激活刀具折断检测修改设定值功能[2]。增加了画面密码保护后的刀具折断检测画面如图7 所示，当用户登录权限低于刀检密码保护权限时，BK 一列的刀检状态设定一栏选项显示为灰色，表示当前权限下无法对刀具折断检测设定状态进行修改。

图5 原始HMI 用户配置脚本文件

图6 添加权限函数后的HMI 脚本文件

图7 增加密码保护后的刀具折断检测画面

完成了刀具检测设定画面加密功能之后，可在很大程度上减少低权限用户对刀具设定等关键性的参数进行修改和误操作的可能性；但从另外的角度去考虑：即使对刀检功能设定画面进行了加密保护，也不能完全保证该画面解锁后没有人为的误操作行为，因此画面加密保护策略仅作为基础方案，要寻求从根本上解决问题的方案。

3 创建防错程序策略

本策略是将刀具的刀检设定状态和内冷压力设定值读取出来并创建防错程序。通过使用系统变量$TC 将刀库里每把刀具的刀检设定状态和内冷压力设定值读取出来并存储在用户变量中，然后同时在NC 和PLC 程序中将读取出来的设定值与固化（原始）的状态设定值作对比逻辑判断，若出现不匹配状况，则在设备启动时就触发相应报警，提示相关操作人员检查对应刀具的设定是否正确，匹配若不正确故障无法消除。

首先，在MDA 方式下使用R 参数对刀具用户自定义数据进行读取测试，如图8 所示。通过设定将读取测试结果值储存在相应的R 参数中以便核对。

如图8 所示，其中R2、R4、R5 分别读取刀具1、刀具2 和刀具3 的刀检设定状态，R6、R7 分别读取刀具1、刀具3 的内冷压力设定值。将读取出来的测试结果与实际的刀具刀检设定状态和内冷设定值进行一一对比验证，结果显示读取测试的存储值与实际设定值完全一致。满足测试预期的结果。

3.1 NC 报警实现

在NC 程序里定义相应的防错变量，如图9 所示。在DEF程序中定义报警变量，并设置其在 PLC程序中的输出字节和相应的位信息，如图10 所示。在NC 程序中编写刀具用户数据读取判断程序和相关的报警逻辑，如图11 所示。

图8 对用户自定义数据进行读取测试

图9 在NC 程序中定义防错变量

图10 在DEF 程序中设置报警变量的PLC 输出地址

图11 NC 程序中的刀具用户数据读取报警逻辑

3.2 PLC 报警实现

在PLC 程序中，根据NC 发送过来的刀检和刀具内冷设定值判断状态，编辑相关的报警逻辑（具体的判断条件可根据实际情况做相应的调整），如图12 所示。

3.3 制作HMI 报警文本

最后，还需要制作相应的HMI 报警文本，输出对应的报警信息，HMI 报警文本如图13 所示。如图13 所示，当刀具折断检测和刀具内冷实际状态与设定状态不一致时，PLC 程序中将输出报警信号，并在机床HMI 画面上显示“刀具折断检测状态判断故障”或“刀具内冷压力设定状态判断故障”报警信息，提示用户进行确认[3]。

相比于画面加密保护策略，创建防错程序策略对操作和修改参数的人员的安全依赖性大大降低，彻底防止了人为误操作的可能性，显著提高了加工中心刀具管理系统的安全性与可靠性。目前，两种防错策略都已在该箱体加工线所有加工中心上实施，并取得了良好的效果。

图12 PLC 程序中的刀具设定状态报警逻辑

图13 HMI 报警文本

4 结论

本文提出的画面加密保护和创建防错程序两种策略，彻底防止了人为误操作，显著提高了加工中心刀具管理系统的安全性与可靠性，降低了质量风险和工废成本，同时对于其他加工中心设备也有一定的借鉴意义。