0 前言

目前，西門子數(shù)控系統(tǒng)在我國機(jī)床行業(yè)中的應(yīng)用日益廣泛。西門子840D數(shù)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)交互界面對(duì)于通用型數(shù)控機(jī)床是適用的，但對(duì)于一些特殊、專用的機(jī)床，則需要有自己專用的界面。當(dāng)前，OEM(Original Equipment Manufacturer)軟件設(shè)計(jì)方法成為機(jī)床界面開發(fā)的主流方法，主要通過VB(Visual Basic)開發(fā)人機(jī)界面，利用VC(Microsoft Visual C++)編寫出與西門子數(shù)控系統(tǒng)相聯(lián)系的語言動(dòng)態(tài)鏈接庫，通過西門子數(shù)控系統(tǒng)提供的VB、VC接口實(shí)現(xiàn)界面開發(fā)，并將其嵌入到西門子數(shù)控系統(tǒng)。但該方法要求開發(fā)人員熟悉數(shù)控系統(tǒng)及VB、VC編程。OEM軟件的價(jià)格較為昂貴，且OEM界面開發(fā)周期較長。在實(shí)際應(yīng)用中，要求機(jī)床操作人員具有一定的專業(yè)知識(shí)。因此，開發(fā)操作方便、柔性化、智能化的人機(jī)界面，就顯得非常有必要。

1 西門子數(shù)控系統(tǒng)界面開發(fā)方法簡(jiǎn)述

西門子數(shù)控系統(tǒng)主要界面的開發(fā)方式有以下幾種：

(1)使用擴(kuò)展接口編寫畫面

利用并定義標(biāo)準(zhǔn)界面上的空白軟鍵激活存放在標(biāo)準(zhǔn)循環(huán)目錄下的畫面配置文件(corn文件)。

(2)使用Configuring Package配置畫面

(3)使用Programming Package創(chuàng)建畫面(OEM)允許用戶將使用VB和VC編寫的應(yīng)用程序加入HMIA dvanced，并可通過Programmming  Package提供的接口訪問NC(Numerical Contr01)/PLC(Programmable Logic Controller)變量，實(shí)現(xiàn)多幅畫面的調(diào)用，管理NC數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的計(jì)算、復(fù)雜的畫面，利用PCU50上的接口(RS232、打印口和以太網(wǎng)口等)輸出加工數(shù)據(jù)和充分利用Windows資源等等功能。通過在計(jì)算機(jī)上編寫程序，將結(jié)果(包括可執(zhí)行程序、配置文件等)拷貝到MMC/PCU。

在以上3種方法中，方法(1)易于實(shí)現(xiàn)，但其功能簡(jiǎn)單，用于高檔機(jī)床人機(jī)界面的開發(fā)手段是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。方法(3)為OEM方法，功能非常強(qiáng)大，借助VB、VC++等軟件，在理論上可以開發(fā)任何所需界面，但需額外購買HMI編程包，價(jià)格較為昂貴，此外還需要VB、VC++等軟件的支持，專業(yè)性要求較高。方法(2)則是利用wjnCC Flexible配置的人機(jī)界面，采用圖形化編輯且內(nèi)部帶有功能強(qiáng)大的系統(tǒng)函數(shù)，可以快速地配置畫面，縮短了開發(fā)周期，雖然也需要購買WinCCFlexible軟件，但價(jià)格較OEM便宜。

2 WinCC FlexibIe簡(jiǎn)述

2.1 WinCC Flexible簡(jiǎn)介

WinCC Flexible系列軟件是德國西門子公司工業(yè)全集成自動(dòng)化(T隊(duì))的子產(chǎn)品，是一款面向機(jī)器的自動(dòng)化概念的HMI軟件，它具有舒適而高效的設(shè)計(jì)功能。winCC Flexible系列軟件具有開放、簡(jiǎn)易的擴(kuò)展功能，帶有豐富的系統(tǒng)函數(shù)及強(qiáng)大的Vissual Basic腳本功能，為人機(jī)界面的功能實(shí)現(xiàn)提供有力的手段。WinCC Flexible功能強(qiáng)大并且簡(jiǎn)單、高效，易于上手并提供智能化的工具，例如圖形導(dǎo)航和移動(dòng)圖形化組態(tài)。在創(chuàng)建工程時(shí)，通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)便可以生成HMI項(xiàng)目的基本結(jié)構(gòu)，節(jié)省了界面框架設(shè)計(jì)的時(shí)間。WinCC Flexible帶有豐富的圖庫，提供大量的對(duì)象供用戶使用。WillCC Flexible運(yùn)行系統(tǒng)是用于過程可視化的軟件，運(yùn)行系統(tǒng)在過程模式下執(zhí)行項(xiàng)目來實(shí)現(xiàn)與自動(dòng)化系統(tǒng)之間的通信、圖像在屏幕上的可視化及各種過程的操作、過程值的記錄和報(bào)警事件等。

2.2 WinCe Flexible主要功能

在人機(jī)界面開發(fā)中，winCC Flexible的主要功能有：人機(jī)界面上各種軟件的定義、NCU(Numerical Control Unit)中各種變量和參數(shù)的訪問、R參數(shù)的訪問及存儲(chǔ)和PLC中各種變量的訪問，如I／O口、數(shù)據(jù)塊DB等以及NCU中文件的管理、MMC中文件的管理。

3專用數(shù)控磨床人機(jī)界面設(shè)計(jì)

現(xiàn)以某企業(yè)的專用磨床為例，介紹利用WinCC Flexible開發(fā)人機(jī)界面的過程。根據(jù)機(jī)床實(shí)際需求，開發(fā)面向工藝的引導(dǎo)式中文人機(jī)界面。將winCC Flexible開發(fā)軟件安裝在個(gè)人計(jì)算機(jī)上，在WINDOWS操作系統(tǒng)下，通過winCC  Flexible提供的Configuration Package接口，即可訪問NCK(Numerical Control Kemel)、PLC、MMCl03變量及文件。

3.1 總體設(shè)計(jì)思路

WinCC Flexible開發(fā)的用戶界面設(shè)計(jì)不僅僅是窗體本身的畫面外觀設(shè)計(jì)，重要的是底層內(nèi)部腳本的編輯和整體的構(gòu)架，通過合理的人性化構(gòu)架來引導(dǎo)機(jī)床操作人員進(jìn)行操作。怎樣通過腳本實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、存儲(chǔ)及如何實(shí)現(xiàn)文件的管理?利用WinCC Flexible提供的VBS(Visual Basic Script)腳本開發(fā)的工藝數(shù)據(jù)庫管理軟件可對(duì)車軸磨削的工件數(shù)據(jù)、砂輪數(shù)據(jù)、修整數(shù)據(jù)等磨削工藝參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)和管理，加工數(shù)據(jù)最終以CVS(數(shù)據(jù)文件格式)數(shù)據(jù)流文件形式進(jìn)行存儲(chǔ)?？傮w設(shè)計(jì)思路如圖1。

在機(jī)床運(yùn)行開發(fā)好的人機(jī)界面程序之前，需要在西門子840D數(shù)控系統(tǒng)上安裝西門子WinCC Flexible runtime的運(yùn)行環(huán)境，此外還需要配置regie.ini文件，配置說明如下：
[HSoftkeyTexts]HSK6=“WmCC Flexible”(配置水平6號(hào)軟件改名為WmCCFlexible，按此鍵進(jìn)入開發(fā)好的人機(jī)界面)；
Task6---name：=OEMframe，Cmdline：=”E：\\LProgram
Files\\Siemens\\SIMATICWinCCFlexible\\WinCCFlexible
2008Runtime\\I-ImiRtm.exef：\kAdd_On\\CZ.fwx”。(配置人機(jī)界面的路徑)

3.3  引導(dǎo)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

如何在人機(jī)界面中體現(xiàn)出加工工藝順序，使得機(jī)床操作變得簡(jiǎn)單易懂并容易上手，是引導(dǎo)式界面設(shè)計(jì)的核心問題。以加工工件為主線，按照磨削工藝順序，進(jìn)行人機(jī)界面畫面配置。將界面劃分為工件設(shè)置、設(shè)備管理、砂輪修整、文件管理等幾大模塊，如圖2所示。
其中工件設(shè)置包含工件基本信息、磨削方式選擇及磨削參數(shù)等預(yù)加工參數(shù)的設(shè)置；砂輪修整模塊則包含修整相關(guān)參數(shù)。操作人員按照界面下表提示，按照順序完成相關(guān)參數(shù)的設(shè)置即可開始加工，操作簡(jiǎn)單、快捷、高效。

以多臺(tái)階零件加工為例，根據(jù)多臺(tái)加工工藝流程如圖3所示，首先進(jìn)入加工參數(shù)預(yù)設(shè)界面，如圖4所示，輸入工件名稱后按照排序依次設(shè)定工件基本信息、工步選擇及左側(cè)磨削參數(shù)，如圖5、圖6、圖7所示。完成一個(gè)界面參數(shù)輸入后，點(diǎn)擊保存按鈕，初始界面上該界面的顯示狀態(tài)將由待設(shè)定變?yōu)樵O(shè)定完成，提示操作人員設(shè)定已完成。

系統(tǒng)采用模塊化程序設(shè)計(jì)方法，既便于系統(tǒng)功能的各種組合和修改，又便于未參與開發(fā)的技術(shù)維護(hù)人員補(bǔ)充、維護(hù)。在系統(tǒng)功能分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)西門子840D數(shù)控系統(tǒng)及WinCC Flexible組態(tài)軟件程序編制的特點(diǎn)，建立系統(tǒng)功能模塊結(jié)構(gòu)，如圖8所示。分別采用工件名、砂輪號(hào)、修整器號(hào)作為各子數(shù)據(jù)庫的索引標(biāo)志。

數(shù)據(jù)管理以工件名為索引，采用VBSript編程實(shí)現(xiàn)對(duì)文件的新建、刪除、重命名及加工數(shù)據(jù)的讀取、存儲(chǔ)等管理操作，如圖9所示。

4 結(jié)語

將利用WinCC Flexible系列軟件開發(fā)出的人機(jī)界面應(yīng)用于某專用磨床，并進(jìn)行了工件磨削測(cè)試。引導(dǎo)式的操作界面、人性化的界面設(shè)計(jì)及方便高效的數(shù)據(jù)管理，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的預(yù)期目標(biāo)。今后，隨著對(duì)數(shù)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和硬件的深入研究，機(jī)床制造企業(yè)需要通過對(duì)HMI界面的二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)為數(shù)控機(jī)床添加可靠性更高、專業(yè)性更強(qiáng)的功能，開發(fā)出功能更加全面、操作更加靈活方便的人機(jī)界面。