基于西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)的倒置式立式車床人機(jī)界面開發(fā)
2020-6-19 來源：沈陽優(yōu)尼斯智能裝備有限公司 作者：羅 濤
摘要：立式車床的使用已經(jīng)非常普遍，立式車床在使用和工作時(shí)候要想自動(dòng)化程度高，就需要它的數(shù)控系統(tǒng)完善，西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)在機(jī)床中的應(yīng)用，使機(jī)床的控制和人機(jī)交互界面更優(yōu)化，Wincc Flexible 軟件的研究開發(fā)，機(jī)床的控制能更精準(zhǔn)，并研究出設(shè)計(jì)人員結(jié)合操作人員的操作方法和工程學(xué)中的機(jī)器人，綜合利用數(shù)控裝置和界面要素，研發(fā)出更好的機(jī)床功能。
關(guān)鍵詞：Wincc Flexible；Sinumerik 840D；人機(jī)交互界面
1 、引言
數(shù)控機(jī)床與普通機(jī)床的明顯區(qū)別在于有人機(jī)交互界面，對(duì)于它的研究，不在是以前單純的人與機(jī)器對(duì)話的界面，需要將它設(shè)計(jì)成人性化、科技水平要高的界面，而數(shù)控系統(tǒng)的數(shù)控裝置也就是 CNC 系統(tǒng)，要保證該系統(tǒng)應(yīng)用型能高，對(duì)于不同客戶的需求，便捷和擴(kuò)展性要強(qiáng)，根據(jù)西門子 840D 控制系統(tǒng)的應(yīng)用，組成它的部分，NC、PLC 與PCU。PCU 部分裝有 HMI 界面，這個(gè)界面可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)床的監(jiān)控和設(shè)置診斷，840D數(shù)控系統(tǒng)在應(yīng)用擴(kuò)張方面也很方便，可以隨時(shí)增加系統(tǒng)和元件，用戶可以根據(jù)自己的需求進(jìn)行開發(fā)，獨(dú)立建立適合生產(chǎn)的人機(jī)交互界面。
Programming Package 和 Configuration Package 兩種工具可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的開發(fā)。Configuration Package軟件包含 Wincc Flexible 軟件，Wincc Flexible 軟件是在 Protool 基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，功能齊全，具有以下特點(diǎn)：
（1）具有組態(tài)功能，可組態(tài)基于 Windows CE 的SIMATIC HMI 設(shè)備、西門子的 C7、乃至 PC 機(jī)。
（2）支持 TIA，與多個(gè)軟件進(jìn)行合并使用；
（3）可擴(kuò)展性強(qiáng)，支持 VB 腳本；
（4）操作簡(jiǎn)單、設(shè)置方便、使用簡(jiǎn)單；
（5）用戶可以自定義設(shè)置，圖像顯示豐富；
（6）通訊功能強(qiáng)大，支持類型多。
2 、倒置式立式車床人機(jī)界面設(shè)計(jì)
2.1 機(jī)床操作面板界面設(shè)計(jì)
倒置式立式車床是針對(duì)用戶使用和操作研發(fā)的產(chǎn)品，機(jī)床的選擇性很多，功能也強(qiáng)大，工作效率高，節(jié)省成本，設(shè)計(jì)開發(fā)的人機(jī)交互界面有以下幾種：
（1）排屑器人機(jī)交互界面，如圖 1，這個(gè)界面包含運(yùn)行時(shí)間、系統(tǒng)參數(shù)和改變測(cè)量等系統(tǒng)，這個(gè)界面可以對(duì)機(jī)床的運(yùn)行時(shí)間和間隔時(shí)間進(jìn)行設(shè)定，設(shè)定時(shí)間直接輸入到界面內(nèi)，在設(shè)備開啟從主菜單調(diào)入排屑器界面后，界面的初始值為“0”，而界面上最右邊的一串?dāng)?shù)字“0”可以顯示目前排屑器在設(shè)定的時(shí)間范圍內(nèi)運(yùn)行了多長(zhǎng)時(shí)間和暫停了多長(zhǎng)時(shí)間。
圖 1 排屑器工作時(shí)間設(shè)定界面
在交互界面出現(xiàn)之后，對(duì)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)置的過程為，需要將軟件內(nèi)部的 OBJECT 查找出來，并在顯示屏上顯示，運(yùn)行時(shí)間對(duì)應(yīng) OBJECT_92 的文本域。間隔時(shí)間對(duì)應(yīng) OBJECT_93的文本域，通過這兩個(gè)更改需要的文本來更改參數(shù)。在OBJECT 軟件系統(tǒng)中，通過 I/O Field 進(jìn)行改變交互界面中排屑器工作時(shí)間的設(shè)定，將其參數(shù)進(jìn)行改變，變量是對(duì)應(yīng)DB207.DBB4、DB207.DBB7。I/O Field 不僅可以對(duì)排屑進(jìn)行設(shè)置，工作時(shí)間的設(shè)定也是通過它，但是變量形式發(fā)生了改變，通過以上最終實(shí)現(xiàn)其功能的 PLC 部分程序。
在數(shù)控機(jī)床的交互界面形式中還有對(duì)設(shè)備報(bào)警進(jìn)行處理的界面，倒置式立式車床的界面比其他產(chǎn)品增加了報(bào)警處理和 I/O 信息處理的界面。同時(shí)機(jī)床的電氣系統(tǒng)控制柜采用萬可的輸入輸出模塊，在柜外的從站需要的數(shù)量多，同時(shí)在機(jī)床設(shè)備上各處都有，該設(shè)備的柜外從站是西門子公司的 ET200Pro 模塊，這樣就會(huì)對(duì)了解每個(gè) I/O 的情況造成困難，倒置式立式車床的界面會(huì)避免這一缺點(diǎn)，它可以再操作界面上進(jìn)行對(duì)這些 I/O 進(jìn)行輸入輸出，在這個(gè)界面中，如果想知道 I/O 的狀態(tài)，可以通過視覺直接分辨顏色，因?yàn)?I/O 點(diǎn)的顏色顯示為綠色的時(shí)候，證明該設(shè)備的 PLC中 I/O 點(diǎn)是輸入或輸出的，這樣操作人員在進(jìn)行操作時(shí)候可以清洗準(zhǔn)確的了解設(shè)備的狀態(tài)，大大縮短了診斷時(shí)間。
倒置式立式車床的界面也可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控，對(duì)設(shè)備在當(dāng)天工作的狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，包括加工工件的件數(shù)，通過在監(jiān)控主界面的主菜單中找到監(jiān)控界面，界面調(diào)入之后，在界面中總件數(shù)是指該機(jī)床從開機(jī)使用到現(xiàn)在加工的總數(shù)量，界面中的當(dāng)天工件計(jì)數(shù)就是今天機(jī)床運(yùn)行時(shí)間內(nèi)加工的數(shù)量，在設(shè)計(jì)當(dāng)天加工時(shí)間段內(nèi)，也可以統(tǒng)計(jì)某一時(shí)間段內(nèi)加工零件的數(shù)量，在界面的左下角有一個(gè)當(dāng)天工作計(jì)數(shù)重置按鈕，這個(gè)是在開機(jī)之后，可以對(duì)當(dāng)天共計(jì)計(jì)數(shù)進(jìn)行清零處理。
2.2 移動(dòng)面板觸摸屏的界面設(shè)計(jì)
圖2 西門子觸摸屏的人機(jī)界面設(shè)計(jì)
機(jī)床的移動(dòng)面板是西門子 177DP，如圖 2 所示，通過圖中可以看出在顯示屏內(nèi)有四個(gè)控制按鈕，有兩個(gè)按鈕是語言設(shè)置按鈕，可以選擇 English 或者中文，對(duì)應(yīng)的垂直鍵分別為 F4、F6，通過這兩個(gè)按鍵來選擇語言進(jìn)行切換，還有兩個(gè)按鈕是手輪功能和料道功能，這兩個(gè)功能的對(duì)應(yīng)水平鍵為 F10、F13。
圖 3 觸摸屏上實(shí)現(xiàn)機(jī)床手輪功能界面
圖 3 顯示的為按下手輪功能按鈕出現(xiàn)的對(duì)話框，在這個(gè)設(shè)置對(duì)話框中，可以通過垂直鍵 F3、F5、F7 對(duì) X 軸、Y軸、Z 軸的位置進(jìn)行設(shè)置，界面內(nèi)會(huì)顯示當(dāng)前實(shí)際坐標(biāo)值，界面內(nèi) X、Y、Z 軸設(shè)置還有下一級(jí)界面，當(dāng)設(shè)置某一坐標(biāo)值數(shù)值的時(shí)候，點(diǎn)擊后會(huì)出現(xiàn)，在該界面內(nèi)會(huì)出現(xiàn)你要設(shè)置的坐標(biāo)軸，通過顏色來區(qū)分，界面中可以對(duì)坐標(biāo)軸進(jìn)行向移動(dòng)、負(fù)向移動(dòng)和快速移動(dòng)，屏幕下方的按鈕分別控制手動(dòng)移動(dòng) X 軸的增量大小。
3、 結(jié)語
利用西門子數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)用在機(jī)床上，結(jié)合 Wincc Flexible 軟件進(jìn)行人機(jī)界面設(shè)計(jì)，可以節(jié)省時(shí)間，同時(shí)簡(jiǎn)單有效，將這種人機(jī)交互界面應(yīng)用在機(jī)床上，可以簡(jiǎn)化機(jī)床生產(chǎn)時(shí)候的操作時(shí)間，提高生產(chǎn)效率。數(shù)控機(jī)床作為我國(guó)機(jī)械加工領(lǐng)域的加工設(shè)備，它的地位是不能比擬的，要降低人機(jī)界面對(duì)設(shè)備的影響，在今后機(jī)床的發(fā)展中，數(shù)控系統(tǒng)的操作界面是未來競(jìng)爭(zhēng)的環(huán)節(jié)。
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