數(shù)控系統(tǒng)用戶數(shù)據(jù)交互接口及應(yīng)用*

劉本剛，金光云，吳天馳，潘高楊，張?jiān)迄i

(沈陽飛機(jī)工業(yè)(集團(tuán))有限公司,遼寧 沈陽 110034)

0 引言

西門子SINUMERIK 840D/840Dsl作為完全開放性的數(shù)控系統(tǒng)，支持用戶根據(jù)業(yè)務(wù)需求深度擴(kuò)展和二次開發(fā)并定制相關(guān)功能。其中，為實(shí)現(xiàn)數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)通信單元MMC、數(shù)控單元NCK、邏輯控制單元PLC與驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)數(shù)據(jù)交互，提供了若干數(shù)據(jù)接口信號(hào)，極大方便了不同領(lǐng)域的用戶自定義實(shí)現(xiàn)高級(jí)功能。本文以某機(jī)床測量系統(tǒng)現(xiàn)場頻發(fā)的硬件故障診斷和維護(hù)為例，通過在原控制邏輯基礎(chǔ)上增加基于機(jī)床PLC數(shù)據(jù)信號(hào)的測量系統(tǒng)快速切換功能，替代原繁瑣低效的基于電腦端S7軟件修改測量系統(tǒng)指令以切換測量系統(tǒng)生效的方式，并基于接口信號(hào)通過優(yōu)化原PLC邏輯提高故障診斷過程的人機(jī)交互性，從而實(shí)現(xiàn)故障和報(bào)警快速定位能力。

1 常用接口信號(hào)及功能

接口信號(hào)實(shí)現(xiàn)了PLC與數(shù)控系統(tǒng)NCK以及人機(jī)界面MMC之間的數(shù)據(jù)通信。在西門子數(shù)控系統(tǒng)中，接口信號(hào)數(shù)量非常豐富[1]，理解這些接口地址及意義對(duì)實(shí)現(xiàn)自定義的控制功能具有重要意義。其中，PLC與NCK、MMC之間的數(shù)據(jù)接口就是數(shù)據(jù)塊DB，包括基本數(shù)據(jù)塊和用戶數(shù)據(jù)塊，數(shù)據(jù)塊中保存了數(shù)控系統(tǒng)控制(指令)信息和狀態(tài)(過程)信息?；緮?shù)據(jù)塊又稱為系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，按照數(shù)據(jù)功能通常分為MMC數(shù)據(jù)接口(DB19)、NC數(shù)據(jù)接口(DB10)、方式組數(shù)據(jù)接口(DB11)、通道數(shù)據(jù)接口(DB21～DB30)、軸數(shù)據(jù)接口(DB31～DB61)、安全集成接口信號(hào)(DB18)等。在使用時(shí)應(yīng)注意系統(tǒng)接口信號(hào)是有方向性的，如NCK到PLC的是只讀的系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)信號(hào)，而PLC到NCK的是控制請(qǐng)求信號(hào)。如自定義帶參數(shù)的Mxxxxyyyy指令(其中xxxx為M功能碼，yyyy為用戶參數(shù)，文中特指流量)，PLC通過解析動(dòng)態(tài)M擴(kuò)展指令接口信號(hào)DB21.DBD72來執(zhí)行預(yù)定按需冷卻功能[2]。相對(duì)于系統(tǒng)數(shù)據(jù)接口，上述提到的用戶數(shù)據(jù)塊作為數(shù)據(jù)交互的途徑之一，在本文中泛指根據(jù)功能開發(fā)需要通過NC VAR SELECTOR軟件生成與NC變量對(duì)應(yīng)的自定義數(shù)據(jù)塊，在PLC中通過使用FC2/3功能調(diào)用該數(shù)據(jù)塊，實(shí)現(xiàn)用戶功能程序數(shù)據(jù)與NC數(shù)據(jù)的交互，該方法支持西門子向用戶提供的所有NC變量與PLC數(shù)據(jù)進(jìn)行交互。如通過選擇機(jī)床位置變量(channel oolactposp[u1,1],具體是通道1中1號(hào)軸的位置)生成自定義數(shù)據(jù)塊，在PLC用戶程序中監(jiān)控機(jī)床旋轉(zhuǎn)軸位置，從而判斷是否可以執(zhí)行主軸松刀指令。

本文在原控制邏輯基礎(chǔ)上，通過使用PLC機(jī)床數(shù)據(jù)(DB20)接口信號(hào)交互功能，解決機(jī)床測量系統(tǒng)全閉環(huán)與半閉環(huán)之間的快速切換問題。同時(shí)，通過程序優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)的自解析與故障快速定位功能。

2 機(jī)床測量系統(tǒng)快速切換PLC程序設(shè)計(jì)與優(yōu)化

西門子數(shù)控系統(tǒng)支持測量系統(tǒng)切換的方式多樣，但最主要的是更改軸信號(hào)接口(DB31～DB60)相關(guān)數(shù)據(jù)和機(jī)床參數(shù)MD30200。

某機(jī)床頻發(fā)測量系統(tǒng)硬件故障，伴隨同步超差報(bào)警處理過程中，需要頻繁切換第一、二測量系統(tǒng)以變換軸第二測量系統(tǒng)讀頭的相對(duì)位置嘗試尋找測量系統(tǒng)有效位置，并在此基礎(chǔ)上解決移動(dòng)軸同步問題。原操作是每次通過外部連接安裝S7軟件的電腦，并在線分別修改每個(gè)軸的軸信號(hào)(DB3X.DBX1.5/ DB3X.DBX1.6，X是軸號(hào))，在此基礎(chǔ)上修改其他機(jī)床參數(shù)(MD30200等)使期望測量系統(tǒng)生效，該過程繁瑣、效率低，且頻繁連接外部電腦不符合保密管理規(guī)定。本文采用模塊化程序設(shè)計(jì)模式，由機(jī)床用戶參數(shù)14512[n](n為參數(shù)編號(hào))控制軸信號(hào)的切換，所有軸信號(hào)修改定義在同一功能FC中。當(dāng)某個(gè)具體軸測量系統(tǒng)切換時(shí)，PLC只需根據(jù)14512[n]的設(shè)定值調(diào)用上述功能FC即可完成相應(yīng)軸的軸信號(hào)(DB3X.DBX1.5/ DB3X.DBX1.6，X是軸號(hào))修改，在此基礎(chǔ)上修改其他機(jī)床參數(shù)即可完成軸測量系統(tǒng)的切換。如此，避免了連接電腦、手動(dòng)修改程序的繁瑣步驟和確認(rèn)過程。

測量系統(tǒng)快速切換功能流程如圖1所示，以切換Y軸為第一測量系統(tǒng)為例，在機(jī)床通用參數(shù)中將14512[10]的第二位清0，修改機(jī)床參數(shù)MD30200為1，重啟NCK后，Y軸已修改為第一測量系統(tǒng)。反之，將14512[10]的第二位置為1，并修改機(jī)床參數(shù)MD30200為2，重啟NCK后，Y軸已修改為第二測量系統(tǒng)。具體過程如下：當(dāng)PLC監(jiān)測到十六進(jìn)制數(shù)據(jù)DB20.DBX89.1(即十六進(jìn)制用戶機(jī)床數(shù)據(jù)1512[10]的第二位，本文中第一位到第七位分別對(duì)應(yīng)機(jī)床X/Y/Z/A/B/TM/SP軸)變化后，自動(dòng)判斷Y軸機(jī)床數(shù)據(jù)MD30200(編碼器個(gè)數(shù))是否與Y軸接口信號(hào)一致，即DB20.DBX89.1值為1時(shí)，MD30200=2，此時(shí)是設(shè)置第二測量系統(tǒng)將生效；反之， DB20.DBX89.1值為0時(shí)，MD30200=1，此時(shí)是設(shè)置第一測量系統(tǒng)將生效。若不一致則觸發(fā)測量系統(tǒng)數(shù)據(jù)設(shè)置錯(cuò)誤提示，若僅清除報(bào)警不修改數(shù)據(jù)將在后續(xù)軸回零后仍觸發(fā)軸未回參考原點(diǎn)報(bào)警。上述設(shè)置切換測量系統(tǒng)參數(shù)后，自動(dòng)調(diào)用相應(yīng)軸的接口信號(hào)修改功能FC131，如設(shè)置半閉環(huán)則FC131將執(zhí)行DB32.DBX1.5置位， DB32.DBX1.6復(fù)位等操作。上電后，可執(zhí)行軸回原點(diǎn)操作。在執(zhí)行上述程序過程中，若觸發(fā)相關(guān)報(bào)警(報(bào)警號(hào)與接口信號(hào)DB2對(duì)應(yīng))，則自動(dòng)調(diào)用FC152功能。FC152定義了報(bào)警號(hào)與DB2的地址解析過程，并將解析結(jié)果(即當(dāng)前用戶報(bào)警地址)保存在14514中，供直接查詢和快速定位PLC中的報(bào)警點(diǎn)和觸發(fā)報(bào)警的程序段。其中部分重要程序說明如下：

(1) 調(diào)用程序。在調(diào)用程序中，主要是判斷測量系統(tǒng)切換方向，主要程序如下：

CALL FC 131

IN0：=L1.0 // 軸已激活，未屏蔽

IN1：=L1.1 // 當(dāng)前測量系統(tǒng)狀態(tài)

IN2：=L1.2 // 測量系統(tǒng)切換指令(0：第一測量系統(tǒng)；1：第二測量系統(tǒng))

IN3：=LB2 //軸接口數(shù)據(jù)塊號(hào)(31-37)

IN4：=T60 //報(bào)警定時(shí)

OUT5：=M64.3 //輸出指令？

IO6：=DB2.DBX248.3 //異常報(bào)警

IO7：=DB60.DBW118 //狀態(tài)信息

(2) 參數(shù)修改功能FC131主程序。該部分主要實(shí)現(xiàn)軸接口信號(hào)的值為復(fù)位，其中半閉環(huán)置位復(fù)位觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)代碼如下：

OPEN DB35

AN #IN2

S DBX 1.5

A(

A #IN1

AN DBX 93.7

O #IN2

)

R DBX1.5

3 總結(jié)

本文在分析常用數(shù)據(jù)接口信號(hào)基礎(chǔ)上，結(jié)合機(jī)床測量系統(tǒng)頻發(fā)故障，基于原控制邏輯通過增加機(jī)床PLC數(shù)據(jù)接口和控制邏輯優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了機(jī)床各軸測量系統(tǒng)快速切換功能，提高了測量系統(tǒng)故障快速定位和快速診斷水平，對(duì)于提高機(jī)床維護(hù)能力和定制開發(fā)自定義功能模塊具有重要意義。