基于西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)的倒置式立式車床人機界面開發(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非常普遍，立式車床在使用和工作時候要想自動化程度高，就需要它的數(shù)控系統(tǒng)完善，西門子 840D 數(shù)控系統(tǒng)在機床中的應用，使機床的控制和人機交互界面更優(yōu)化，Wincc Flexible 軟件的研究開發(fā)，機床的控制能更精準，并研究出設計人員結合操作人員的操作方法和工程學中的機器人，綜合利用數(shù)控裝置和界面要素，研發(fā)出更好的機床功能。
關鍵詞：Wincc Flexible；Sinumerik 840D；人機交互界面
1 、引言
數(shù)控機床與普通機床的明顯區(qū)別在于有人機交互界面，對于它的研究，不在是以前單純的人與機器對話的界面，需要將它設計成人性化、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)應用型能高，對于不同客戶的需求，便捷和擴展性要強，根據(jù)西門子 840D 控制系統(tǒng)的應用，組成它的部分，NC、PLC 與PCU。PCU 部分裝有 HMI 界面，這個界面可以實現(xiàn)對機床的監(jiān)控和設置診斷，840D數(shù)控系統(tǒng)在應用擴張方面也很方便，可以隨時增加系統(tǒng)和元件，用戶可以根據(jù)自己的需求進行開發(fā)，獨立建立適合生產的人機交互界面。
Programming Package 和 Configuration Package 兩種工具可以實現(xiàn)人機交互的開發(fā)。Configuration Package軟件包含 Wincc Flexible 軟件，Wincc Flexible 軟件是在 Protool 基礎上設計的，功能齊全，具有以下特點：
（1）具有組態(tài)功能，可組態(tài)基于 Windows CE 的SIMATIC HMI 設備、西門子的 C7、乃至 PC 機。
（2）支持 TIA，與多個軟件進行合并使用；
（3）可擴展性強，支持 VB 腳本；
（4）操作簡單、設置方便、使用簡單；
（5）用戶可以自定義設置，圖像顯示豐富；
（6）通訊功能強大，支持類型多。
2 、倒置式立式車床人機界面設計
2.1 機床操作面板界面設計
倒置式立式車床是針對用戶使用和操作研發(fā)的產品，機床的選擇性很多，功能也強大，工作效率高，節(jié)省成本，設計開發(fā)的人機交互界面有以下幾種：
（1）排屑器人機交互界面，如圖 1，這個界面包含運行時間、系統(tǒng)參數(shù)和改變測量等系統(tǒng)，這個界面可以對機床的運行時間和間隔時間進行設定，設定時間直接輸入到界面內，在設備開啟從主菜單調入排屑器界面后，界面的初始值為“0”，而界面上最右邊的一串數(shù)字“0”可以顯示目前排屑器在設定的時間范圍內運行了多長時間和暫停了多長時間。
圖 1 排屑器工作時間設定界面
在交互界面出現(xiàn)之后，對內容進行設置的過程為，需要將軟件內部的 OBJECT 查找出來，并在顯示屏上顯示，運行時間對應 OBJECT_92 的文本域。間隔時間對應 OBJECT_93的文本域，通過這兩個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 進行改變交互界面中排屑器工作時間的設定，將其參數(shù)進行改變，變量是對應DB207.DBB4、DB207.DBB7。I/O Field 不僅可以對排屑進行設置，工作時間的設定也是通過它，但是變量形式發(fā)生了改變，通過以上最終實現(xiàn)其功能的 PLC 部分程序。
在數(shù)控機床的交互界面形式中還有對設備報警進行處理的界面，倒置式立式車床的界面比其他產品增加了報警處理和 I/O 信息處理的界面。同時機床的電氣系統(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，同時在機床設備上各處都有，該設備的柜外從站是西門子公司的 ET200Pro 模塊，這樣就會對了解每個 I/O 的情況造成困難，倒置式立式車床的界面會避免這一缺點，它可以再操作界面上進行對這些 I/O 進行輸入輸出，在這個界面中，如果想知道 I/O 的狀態(tài)，可以通過視覺直接分辨顏色，因為 I/O 點的顏色顯示為綠色的時候，證明該設備的 PLC中 I/O 點是輸入或輸出的，這樣操作人員在進行操作時候可以清洗準確的了解設備的狀態(tài)，大大縮短了診斷時間。
倒置式立式車床的界面也可以實現(xiàn)監(jiān)控，對設備在當天工作的狀態(tài)進行監(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，界面調入之后，在界面中總件數(shù)是指該機床從開機使用到現(xiàn)在加工的總數(shù)量，界面中的當天工件計數(shù)就是今天機床運行時間內加工的數(shù)量，在設計當天加工時間段內，也可以統(tǒng)計某一時間段內加工零件的數(shù)量，在界面的左下角有一個當天工作計數(shù)重置按鈕，這個是在開機之后，可以對當天共計計數(shù)進行清零處理。
2.2 移動面板觸摸屏的界面設計
圖2 西門子觸摸屏的人機界面設計
機床的移動面板是西門子 177DP，如圖 2 所示，通過圖中可以看出在顯示屏內有四個控制按鈕，有兩個按鈕是語言設置按鈕，可以選擇 English 或者中文，對應的垂直鍵分別為 F4、F6，通過這兩個按鍵來選擇語言進行切換，還有兩個按鈕是手輪功能和料道功能，這兩個功能的對應水平鍵為 F10、F13。
圖 3 觸摸屏上實現(xiàn)機床手輪功能界面
圖 3 顯示的為按下手輪功能按鈕出現(xiàn)的對話框，在這個設置對話框中，可以通過垂直鍵 F3、F5、F7 對 X 軸、Y軸、Z 軸的位置進行設置，界面內會顯示當前實際坐標值，界面內 X、Y、Z 軸設置還有下一級界面，當設置某一坐標值數(shù)值的時候，點擊后會出現(xiàn)，在該界面內會出現(xiàn)你要設置的坐標軸，通過顏色來區(qū)分，界面中可以對坐標軸進行向移動、負向移動和快速移動，屏幕下方的按鈕分別控制手動移動 X 軸的增量大小。
3、 結語
利用西門子數(shù)控系統(tǒng)應用在機床上，結合 Wincc Flexible 軟件進行人機界面設計，可以節(jié)省時間，同時簡單有效，將這種人機交互界面應用在機床上，可以簡化機床生產時候的操作時間，提高生產效率。數(shù)控機床作為我國機械加工領域的加工設備，它的地位是不能比擬的，要降低人機界面對設備的影響，在今后機床的發(fā)展中，數(shù)控系統(tǒng)的操作界面是未來競爭的環(huán)節(jié)。
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