应用于卧式加工中心的人机界面

 这是金属加工（mw1950pub）发布的第16612篇文章

编者按

主要针对卧式加工中心，基于西门子828D系统中Easy Screen编程环境，开发了集成刀库、交换站控制与状态显示，机床关键点设置，通用延时设置和帮助提示为一体的个性化人机界面。

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序言

目前卧式加工中心市场年需求量大，机床标配双交换工作台，适合钻、铣、镗等多面多工序复合加工，工作效率和自动化程度高。

卧式加工中心的刀库修调和交换站修调动作与逻辑互锁众多，操作人员只能通过按键控制，如果动作未执行，原因只能从计算机里的“Programming TOOL PLC828”或SINUMERIK 828D操作界面中内置的PLC查看器中查找，对于不了解西门子系统操作的人员来说，很难找到问题所在。

卧式加工中心的关键点设置包括刀库的换刀点和交换站的换台点。目前机床关键点主要设置在西门子系统的通用机床数据14514中，或者直接编辑在换刀、换台程序中。把关键点设置在参数中，要求机床的调试人员需要熟练记住机床参数的不同意义及这些参数的存储位置，明确换刀点中X轴、Y轴、Z轴和SP轴的位置值以及换台点中Z轴、B轴的位置值分别设置在参数14514的哪一位上。把关键点编辑到换刀、换台程序中，需要操作人员熟悉机床编程。综上所述，把关键点设置在西门子系统参数中容易出错，而且这些参数设置完成后不能立即生效，只有在系统复位后才能生效；把关键点编辑到程序中，需有编程知识，对操作人员要求较高。

卧式加工中心的延时时间设置需要在基于SINUMERIK 828D集成的PLC中编辑一个定时器，或者通过机床数据14510设置。如果想要更改延时时间需要编程人员使用SINUMERIK 828D操作界面中内置的PLC查看器进行编辑，或使用个人计算机里的“Programming TOOL PLC828”进行PLC程序的编辑，才能更改延时时间，修改后需要重新加载PLC。而把时间设置在机床数据14510中，设置完成后不能立即生效，只有在系统复位后才能生效。

西门子系统的“HELP”功能只针对西门子系统自身参数、功能等进行帮助。对于制造商的程序、人机界面等，点击“HELP”无法给出帮助信息。对于初次接触卧式加工中心的人来说，即便是人机画面提供了很多便利，也难以熟练操作。

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Easy Screen介绍

当标准的西门子界面不能满足机床厂商或最终用户的需求时，在SINUMERIK 828D上可以通过“Easy Screen”的编辑器设计制造商专用或者最终用户专用的扩展操作界面，也可以用于改善标准的西门子界面[1-3]。

Easy Screen采用ASCII文件配置的方式进行编写。Easy Screen支持在操作系统的菜单树中设计5幅画面，可实现添加软键、变量、文本和图片等元素，可实现画面结构调整，可执行画面切换、变量输入和软键点击等操作，可访问NC、PLC和用户变量等，可执行预定义函数、PI服务等功能，可限定用户访问级别。

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技术方案

本项目主要目的是为卧式加工中心提供一种直观简洁的操作界面，解决刀库、交换站调试复杂，关键点、延时时间设置参数多，自定义界面没有帮助提示等问题。

该界面是基于西门子828D系统的Easy Screen编程环境进行编程，其整体框架如图1所示。

图1　界面整体框架

3.1 刀库与交换站的控制

“刀库修调”“交换站修调”界面的开发流程如图2所示。

图2　“刀库修调”“交换站修调”界面开发流程

刀库控制：通过“刀库修调”界面可以进行刀库控制，在满足刀库修调条件后，可实现换刀门开关、刀链正反转、刀套翻转、主轴松拉刀以及刀具交换等操作。“刀库修调”界面如图3所示，当满足手动状态、换刀点位置到位、刀库准备好和刀库修调方式生效条件时，右侧显示灯为绿色，通过按屏幕右侧纵置软键和横置“动作确认”键实现刀库动作控制，并且通过阀输出显示灯和到位显示灯可观察刀库动作的执行状态。图4为“刀库修调”界面Easy Screen程序部分内容。

图3　“刀库修调”界面

图4　“刀库修调”界面Easy Screen程序部分内容

交换站控制：通过“交换站修调”界面可以进行交换站控制，在满足换台修调条件后，可实现台板松开夹紧、托盘上升下降和托盘旋转等功能。“交换站修调”界面如图5所示，当满足手动状态、换台点位置到位、交换站准备好、修调方式生效和原点信号到位条件时，右侧显示灯为绿色，此时通过按屏幕右侧纵置软键和横置“动作确认”键，可实现交换站动作控制，并且通过阀输出显示灯和到位显示灯可观察交换站动作的执行状态。图6为“交换站修调”界面Easy Screen程序部分内容。

图5 “交换站修调”界面

图6　“交换站修调”界面Easy Screen程序部分内容

3.2 机床关键点的设置

“刀库设置”“交换站设置”界面的开发流程如图7所示。

图7　“刀库设置”“交换站设置”界面的开发流程

换刀点，首先编辑PLC程序，新建一个数据块DB9020，编辑换刀点变量，如图8所示。换刀程序L6.SPF中，将换刀点编辑成$A_DBR[N]，如图9所示。再在PLC程序中将DB9020传递成变量$A_DBR[N]的格式。Easy Screen程序部分内容如图10所示。开发完成后，打开“刀库设置”界面（见图11），点击“更改”按钮，在换刀点处输入坐标值，然后点击“取消更改”即生效。

图8　换刀点变量

图9　换刀程序中的换刀点编辑

图10　“刀库设置”界面Easy Screen程序部分内容

图11　“刀库设置”界面

工作台交换点，首先编辑PLC程序，新建一个数据块DB9016，编辑工作台交换点变量，如图12所示。工作台交换程序TAB.SPF中，将工作台交换点编辑成$A_DBR[N]，如图13所示。再在PLC程序中将DB9016传递成变量$A_DBR[N]的格式。EasyScreen程序部分内容如图14所示。开发完成后，打开“交换站设置”界面（见图15），点击“更改”按钮，在工作台交换点处输入坐标值，然后点击“取消更改”即生效。

图12　工作台交换点变量

图13　工作台交换程序中的交换点编辑

图14　“交换站设置”界面Easy Screen程序部分内容

图15　“交换站设置”界面

3.3 通用延时的设置

“通用延时”界面的开发流程如图16所示。

图16　“通用延时”界面的开发流程

首先编辑PLC程序，新建一个数据块DB9020，编辑各延时变量，如图17所示。然后在PLC中编辑传送时间给计时器的程序。Easy Screen程序部分内容如图18所示。最终界面显示如图19所示，打开“通用延时”界面，点击“更改”按钮，在各延时处输入时间，然后点击“取消更改”即生效。

图17　各延时变量

图18　“通用延时”界面Easy Screen程序部分内容

图19　“通用延时”界面

3.4 帮助提示的实现

首先编辑Easy Screen程序，如图20所示，将帮助目标与帮助文本编号对应。然后编辑帮助文本es_help_easyscreen_utf8.html，编辑帮助提示内容。最后在西门子系统的/oem/sinumerik/hmi/hlp/目录下新建一个名为chs的文件夹，将es_help_easyscreen_utf8.html装入文件夹中。最终界面显示如图21所示，打开相应界面，将光标移到输入数值的位置，点击“HELP”，即可显示帮助内容。

图20　“HELP”提示功能Easy Screen程序部分内容

图21　“HELP”内容显示界面

3.5 实施方式

将编辑好的Easy Screen程序custom.com文件嵌入到西门子系统的/oem/sinumerik/hmi/proj/目录下，将编辑好的帮助文本es_help_easyscreen_utf8.html嵌入到西门子系统的/oem/sinumerik/hmi/hlp/chs目录下。

打开西门子828D系统后，点击“CUSTOM”进入人机界面（见图1），点击软键“交换站修调”“刀库修调”可分别进入交换站控制和刀库控制界面，点击右侧动作控制软键，如“台板松开”，然后点击“动作确认”进行动作控制；每个信号右侧都有一个小圆灯，若小圆灯是红色或白色，代表该信号失效或无信号；小圆灯为绿色时，表示信号点正常。点击“退出”，回到上一级界面。

在人机界面点击软键“通用延时”可进入延时时间更改界面，点击右侧软键“更改”，就可以对光标区域的时间进行修改；点击“取消更改”，完成对延时时间的修改；点击“退出”，回到上一级界面。

在人机界面点击软键“刀库设置”“交换站设置”进入关键点设置画面，点击右侧软键“更改”，就可以对光标区域的关键点坐标值和时间进行修改；点击“取消更改”，完成对关键点和时间的修改；点击“退出”，回到上一级界面。

在“通用延时”“刀库设置”或“交换站设置”界面，对光标区域点击“HELP”，可以获得帮助提示信息。

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结束语

本文介绍的人机界面集成刀库、交换站控制及状态显示，机床关键点设置，通用延时设置和帮助提示功能。针对刀库修调和交换站修调，将机床关键部分即刀库和交换站的控制和状态集成到同一界面中，操作人员可以通过一个界面轻松进行机床关键部分修调；针对关键点设置和通用延时设置，通过Easy Screen程序与西门子828D系统PLC程序和NC数据连接，只需修改界面数值即可完成关键点设置与延时设置，无需牢记大量参数，且不需要重启系统，有效节省机床调试时间；针对设置内容，本项目开发了帮助提示功能，通过“HELP”按键，可以获得设置内容的解析与帮助，降低了机床操作难度，提高了机床调试效率。

参考文献：

[1] 黄曼曼，洪荣晶，孙小敏，等. 西门子Easy Screen对倒棱机床界面二次开发[J]. 制造技术与机床，2017（11）：171-174.

[2] 马国春. 基于西门子Easy Screen功能设置延时的应用技术[J]. 世界制造技术与装备市场，2021，173（2）：69-71.

[3] 张韬，晏腾飞，封光磊，等. 西门子Easy Screen在交换工作台控制与调试界面的开发应用[J]. 制造技术与机床，2014（8）：3.

本文发表于《金属加工（冷加工）》2023年第4期79~84页，作者： 沈阳机床成套设备有限责任公司 张媛，康广毅，原标题：《应用于卧式加工中心的人机界面》。