基于西门子802Dsl数控系统的插齿机人机界面开发
2014-12-02 01:36:36宜昌长机科技有限责任公司湖北443003王乐强胡天明
金属加工(冷加工) 2014年22期
■宜昌长机科技有限责任公司（湖北 443003）王乐强 胡天明
人机界面(Human Machine Interface，HMI) 是用户与机床互相传递信息的媒介，用来实现信息的输入与输出。数控系统已经具备比较通用的人机界面功能，用来实现操作、监控、编程、设置和诊断功能。
随着机械零部件加工工艺的不断创新，新型数控系统的不断涌现，同时也加大了用户在安装、调试、编程、操作和维护等方面的难度。在工件的加工过程中或在系统的调试和维护过程中，系统与用户之间通过人机界面有着大量的交互过程。因此，开发出一个友好的、针对性强的人机界面，对于用户和数控系统制造商来说都有很重要的意义。用户既可以简化操作，又可以提高生产率。而对于数控系统制造商，人机界面对数控系统的推广使用也有很大的影响。
1.人机界面开发的实际需求
通用型数控系统的发展趋势之一是界面友好、易操作。然而通用的数控系统界面对所有类型的机床展现的是同一种形式,不能根据用户的需求进行相应的调整。通过对通用的人机界面进行二次开发，机床制造商可以针对不同的机床和不同的场合，开发出独具特色的人机交互界面。
目前，常用的西门子数控系统有802Dsl、810D、840Dpl。其中810D和840Dpl属于中高端的数控系统功能很强大，进行人机界面开发功能也很完善，目前大部分机床厂家都是在这些系统上进行了人机界面的开发，应用也是最为广泛的，但是相应的成本较高，开发软件和使用的系统环境都是要收费的，而且在界面的开发过程中要使用到VB、VC等高级编程语言，对于很多数控工程师来说难度较大，耗时也较长。
而802Dsl作为经济型数控系统，过去人机界面的开发一直不被重视，普遍认为其人机界面能够满足绝大多数用户的需要，因此国内对该系统的界面开发研究较少。随着数控技术的不断进步和用户要求的不断提高，802Dsl系统功能也更加完善，可以满足很多专用机床的控制要求，在实际中应用也是越来越多，更重要的是该系统性价比高，而它所提供的人机界面的开发工具是基于XML语言的，可以保证开放性，它能够让用户设计出客户专用和应用专用的HMI界面。开发的难度较低，却可以实现参数设定、参数的保存调用、加工信息的显示、人机交互等很多过去高端数控系统所具有的功能，并且开发的成本和难度比中高端数控系统要低很多，而且开发的软件和过程都是完全免费的，因此具有很大的应用前景。
2.人机界面的基本功能和框架
（1）802Dsl数控系统为用户提供的是基于XML语言进行开发的自定义界面，它能在V1.4.3以上版本的系统上运行，可以实现的功能有：①软键切换界面。②动态显示和图形显示。③与系统NC、PLC、Drive进行数据交换。④条件判断、循环的使用。⑤多种语言的切换显示。⑥预定义功能函数使用等。
（2）人机界面文件的组成。为了进行用户对话框的配置，需要使用控制系统中“制造商驱动器”目录中的以下文件：①脚本文件*.xml存放路径为/Machine manufacture/appl。②文本文件aluc.txt存放路径/Machine manufacture/ing。③图片文件*.bmp或*.png 存放路径/Machine manufacture/ico 。
其中xmldial.xml是用户自定义界面的主文件，也即是自定义界面的入口。
多个相连的对话框构成了一个菜单树。如果能从一个对话框切换入另一个对话框，则表示这两个对话框间存在联系。通过此对话框内重新定义的水平或者垂直软键可以返回上级对话框或者进入任意一个对话框。
可以在登入菜单后通过配置好的登入软键生成更多的菜单树。
登入菜单：在文件“xmldial.xml”中使用名称“main”来定义登入菜单。登入菜单是操作流程自身的输出点。使用主菜单可将自定义对话框和其他软键条的载入结合起来。通过这些软键条可以继续执行其他操作。
返回标准应用程序：可以退出新定义的操作界面并返回到标准应用程序。
图1 用户对话框菜单树
（3）基本框架：①软键定义。定义画面中的软键按下时，画面执行的动作，可以实现画面的切换跳转、参数载入、文件的调用等功能。画面上的软键从左至右水平软键按照从1～8的序号依次排列，右边的竖直软键从上之下依次为9～16，画面上一共有16个软键。②菜单定义。在菜单的定义中包括了所有软键的定义以及打开的界面。包括用来指定打开的界面，配置软件在画面中的位置，软件在画面中显示的内容和软件指向菜单的名称等。③界面定义。在界面中可以进行界面名称的定义，初始化配置，界面属性、动态控件、文本文字、图片的设置，获取光标位置进行各种扩展应用，局部变量、实时计算以及周期循环执行等功能。
3.界面初始化配置的方法和步骤
（1）首先进行初始化定义：初始化配置都包含在语句中。
在init中的内容必须包含：控件连接类别定义等扩展功能。
（2）控件的配置基本格式如下：
Name为控键标识符，局部变量；Xpos/Ypos为控键在界面中摆放位置的X坐标与Y坐标；Refvar为与控键相关联的系统内部变量；Hotlink为当控键与系统内部变量值发生改变时，是否支持实时更新；Format为变量显示类型；Fieldtype为控键类型：Edit为控键为可编辑型；Readonly为控键为只读型；Combobox为控键为选项型；Progressbar为控键显示为进度条。Property为控件属性：min为输入最小值；max为输入最大值；Color_bk为输入框背景色；Color_fg为输入框中值的颜色；font为字体大小。
（3）文字的配置：
Xpos/Ypos为文字在界面中摆放位置的X坐标与Y坐标；color为文字的颜色。
（4）图片的配置
Xpos/Ypos为图片在界面中摆放位置的X坐标与Y坐标；Name为图片所在文件夹的路径。
（5）框体的配置：
Xpos/Ypos为框体在界面中摆放位置的X坐标与Y坐标；Width/height为框体的高度与宽度；color为框体的填充颜色。
（6）参数、变量的使用：在用户自定义的界面中可以使用的参数有系统的全局变量，PLC地址变量，机床和驱动参数以及系统GUD变量等。NC变量地址如：Nck/Channel/Parameter/R[1]；nck/Channel/GeometricAxis/actToolEdgeCenterPos[0]；PLC变量地址如：PLC/mb170；PLC/V10001000.1；机床参数如：$MA_ENC_TYPE[0,AX1]；$SA_SPIND_MAX_VELO_G26[AX3]；驱动参数如：drive/cu/r0002；drive/dc/r0002[do1]；GUD变量如：Gud/_ZSFR[6]。
（7）其他扩展功能指令：运算指令
（8）语言切换：为了使用多语言环境的切换，因此需要用报警文本代替静态文字。报警文本的编辑是用西门子的软件RCS802来进行的。在使用时，把需要切换语言的文本用$$8xxxx代替，其中数字8xxxx代表报警文本所对应的文本记录。
可以使用报警文本替代的有：①标题：。②文字：。③消息框：
（9）xml程序的调试：将编写完成的各个界面文件的内容传入系统“制造商驱动器”的对应文件夹内，制作好用于语言切换的语言文本之后，就可以在802Dsl数控系统上进行xml程序的调试了，在系统上进行调试需要制造商口令以上才能进行。
在界面的下方显示有一排调试功能的图标，分别提供了单步程序运行、程序运行、设定断点、中断程序执行、显示状态窗口、隐藏状态窗口和结束调试的功能（见图2）。
图2 系统界面的开发调试画面
4.基于802Dsl数控系统开发数控插齿机人机界面的应用实例
笔者应用XML语言开发出了几个界面，为公司的数控插齿机设计了适合数控齿轮插齿机的人机对话界面，用户可以修改和设置加工零件的参数，从而无需重新编写加工程序，大大简化了操作，节约了时间，提高了生产率。而且还开发了独有的加工参数保存和调用功能，特别使用于多品种大批量的零件加工。
（1）首先建立sgud.ini初始化文件，初始化文件中可以定义在界面和G码加工程序中可用的参数类型REAL和数目CSR[200]。
N200 DEF CHAN APR 13 APW 13 REAL CSR[200]
（2）参数保存和调用的实现。在xmldial.xml中定义了保存参数和调入参数的功能函数WriteData，CallData通过按下界面上“保存参数”和“调入参数”两个软键调用相应的函数，就能实现将参数写入一个文本文件或是从文件中读取出来并写入系统参数CSR中。
（3）界面Form文件的编写。包含了文本文字，动态控件以及图片等内容的界面Form文件可以放在xmldial.xml文件中，也可以为了方便查看和编辑，独立编写成一个*.xml文件，但是都需要用xmldial.xml文件中的定义应用，并和xmldial.xml文件一起放置于系统“制造商驱动器”中的“appl”文件夹下。并在xmldial.xml文件中包含相应的*.xml文件。
例如有一个单独的Generalform.xml文件，则在xmldial.xml文件中需要用以下语句将该文件包含进来。
（4）在不改变原有的数控系统界面的基础上，进入显示自主开发的界面只需要按下系统操作界面上的“CUSTOM”按键即可运行专用的人机界面，如图3、图4所示。
图3 各轴左边显示画面
图4 加工参数输入界面
5.结语
经过长期的试验，在西门子802Dsl系统上开发的数控插齿机专用参数界面，能极大地方便这种专用机床的使用，提高了工作效率。这种开发的方法也为西门子802Dsl数控系统进行专用应用的界面开发具有普遍的参考价值。机床制造企业通过对数控系统人机界面进行二次开发可以实现专业性更强和更加灵活的功能，开发出更加方便操作，应用更加全面的人机界面，进而增加产品的附加值，提升产品的竞争力。
[1]邴旭，化春雷，李焱，等.西门子数控系统人机界面二次开发方法研究[J].制造技术与机床，2011(10)：163-167.
[2]张莉军，杜宏祺，武玉明.大型滚齿加工设备只能切削软件系统的开发[J].金属加工(冷加工)，2012(9)：61-64.
专家点评
现在通用的数控系统界面对所有类型的机床展现的是同一种形式,不能根据用户的需求进行相应的调整。本文作者通过对通用的人机界面进行二次开发，得到了独具特色的人机交互界面。
重点介绍了人机界面初始化定义及文字、图片、框体配置应用方法，同时介绍了语言切换、参数、变量及xml程序调试的步骤，这对于用户和数控系统制造商来说都有很重要的指导意义。
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