WinCC+Flexible在數控機床界面開發中的應用

0 前言

目前，西門子數控系統在我國機床行業中的應用日益廣泛。西門子840D數控系統標準人機交互界面對于通用型數控機床是適用的，但對于一些特殊、專用的機床，則需要有自己專用的界面。當前，OEM(Original Equipment Manufacturer)軟件設計方法成為機床界面開發的主流方法，主要通過VB(Visual Basic)開發人機界面，利用VC(Microsoft Visual C++)編寫出與西門子數控系統相聯系的語言動態鏈接庫，通過西門子數控系統提供的VB、VC接口實現界面開發，并將其嵌入到西門子數控系統。但該方法要求開發人員熟悉數控系統及VB、VC編程。OEM軟件的價格較為昂貴，且OEM界面開發周期較長。在實際應用中，要求機床操作人員具有一定的專業知識。因此，開發操作方便、柔性化、智能化的人機界面，就顯得非常有必要。

1 西門子數控系統界面開發方法簡述

西門子數控系統主要界面的開發方式有以下幾種：

(1)使用擴展接口編寫畫面

利用并定義標準界面上的空白軟鍵激活存放在標準循環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創建畫面(OEM)允許用戶將使用VB和VC編寫的應用程序加入HMIA dvanced，并可通過Programmming  Package提供的接口訪問NC(Numerical Contr01)/PLC(Programmable Logic Controller)變量，實現多幅畫面的調用，管理NC數據，實現復雜的計算、復雜的畫面，利用PCU50上的接口(RS232、打印口和以太網口等)輸出加工數據和充分利用Windows資源等等功能。通過在計算機上編寫程序，將結果(包括可執行程序、配置文件等)拷貝到MMC/PCU。

在以上3種方法中，方法(1)易于實現，但其功能簡單，用于高檔機床人機界面的開發手段是遠遠不夠的。方法(3)為OEM方法，功能非常強大，借助VB、VC++等軟件，在理論上可以開發任何所需界面，但需額外購買HMI編程包，價格較為昂貴，此外還需要VB、VC++等軟件的支持，專業性要求較高。方法(2)則是利用wjnCC Flexible配置的人機界面，采用圖形化編輯且內部帶有功能強大的系統函數，可以快速地配置畫面，縮短了開發周期，雖然也需要購買WinCCFlexible軟件，但價格較OEM便宜。

2 WinCC FlexibIe簡述

2.1 WinCC Flexible簡介

WinCC Flexible系列軟件是德國西門子公司工業全集成自動化(T隊)的子產品，是一款面向機器的自動化概念的HMI軟件，它具有舒適而高效的設計功能。winCC Flexible系列軟件具有開放、簡易的擴展功能，帶有豐富的系統函數及強大的Vissual Basic腳本功能，為人機界面的功能實現提供有力的手段。WinCC Flexible功能強大并且簡單、高效，易于上手并提供智能化的工具，例如圖形導航和移動圖形化組態。在創建工程時，通過點擊鼠標便可以生成HMI項目的基本結構，節省了界面框架設計的時間。WinCC Flexible帶有豐富的圖庫，提供大量的對象供用戶使用。WillCC Flexible運行系統是用于過程可視化的軟件，運行系統在過程模式下執行項目來實現與自動化系統之間的通信、圖像在屏幕上的可視化及各種過程的操作、過程值的記錄和報警事件等。

2.2 WinCe Flexible主要功能

在人機界面開發中，winCC Flexible的主要功能有：人機界面上各種軟件的定義、NCU(Numerical Control Unit)中各種變量和參數的訪問、R參數的訪問及存儲和PLC中各種變量的訪問，如I／O口、數據塊DB等以及NCU中文件的管理、MMC中文件的管理。

3專用數控磨床人機界面設計

現以某企業的專用磨床為例，介紹利用WinCC Flexible開發人機界面的過程。根據機床實際需求，開發面向工藝的引導式中文人機界面。將winCC Flexible開發軟件安裝在個人計算機上，在WINDOWS操作系統下，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 總體設計思路

WinCC Flexible開發的用戶界面設計不僅僅是窗體本身的畫面外觀設計，重要的是底層內部腳本的編輯和整體的構架，通過合理的人性化構架來引導機床操作人員進行操作。怎樣通過腳本實現數據的處理、存儲及如何實現文件的管理?利用WinCC Flexible提供的VBS(Visual Basic Script)腳本開發的工藝數據庫管理軟件可對車軸磨削的工件數據、砂輪數據、修整數據等磨削工藝參數進行存儲和管理，加工數據最終以CVS(數據文件格式)數據流文件形式進行存儲。總體設計思路如圖1。

在機床運行開發好的人機界面程序之前，需要在西門子840D數控系統上安裝西門子WinCC Flexible runtime的運行環境，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號軟件改名為WmCCFlexible，按此鍵進入開發好的人機界面)；
Task6---name：=OEMframe，Cmdline：=”E：\\LProgram
Files\\Siemens\\SIMATICWinCCFlexible\\WinCCFlexible
2008Runtime\\I-ImiRtm.exef：\kAdd_On\\CZ.fwx”。(配置人機界面的路徑)

3.3  引導式結構設計

如何在人機界面中體現出加工工藝順序，使得機床操作變得簡單易懂并容易上手，是引導式界面設計的核心問題。以加工工件為主線，按照磨削工藝順序，進行人機界面畫面配置。將界面劃分為工件設置、設備管理、砂輪修整、文件管理等幾大模塊，如圖2所示。
其中工件設置包含工件基本信息、磨削方式選擇及磨削參數等預加工參數的設置；砂輪修整模塊則包含修整相關參數。操作人員按照界面下表提示，按照順序完成相關參數的設置即可開始加工，操作簡單、快捷、高效。

以多臺階零件加工為例，根據多臺加工工藝流程如圖3所示，首先進入加工參數預設界面，如圖4所示，輸入工件名稱后按照排序依次設定工件基本信息、工步選擇及左側磨削參數，如圖5、圖6、圖7所示。完成一個界面參數輸入后，點擊保存按鈕，初始界面上該界面的顯示狀態將由待設定變為設定完成，提示操作人員設定已完成。

系統采用模塊化程序設計方法，既便于系統功能的各種組合和修改，又便于未參與開發的技術維護人員補充、維護。在系統功能分析的基礎上，根據西門子840D數控系統及WinCC Flexible組態軟件程序編制的特點，建立系統功能模塊結構，如圖8所示。分別采用工件名、砂輪號、修整器號作為各子數據庫的索引標志。

數據管理以工件名為索引，采用VBSript編程實現對文件的新建、刪除、重命名及加工數據的讀取、存儲等管理操作，如圖9所示。

4 結語

將利用WinCC Flexible系列軟件開發出的人機界面應用于某專用磨床，并進行了工件磨削測試。引導式的操作界面、人性化的界面設計及方便高效的數據管理，實現了設計的預期目標。今后，隨著對數控系統結構和硬件的深入研究，機床制造企業需要通過對HMI界面的二次開發來實現為數控機床添加可靠性更高、專業性更強的功能，開發出功能更加全面、操作更加靈活方便的人機界面。