基于SYNTEC的螺旋錐齒輪加工機(jī)床數(shù)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)（下）
2017-1-3 來(lái)源：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué) 作者：張西棟
第 4 章 新代數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)界面的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)
數(shù)控系統(tǒng)應(yīng)該具有清晰的用戶(hù)界面，有效的用戶(hù)提示信息，豐富的圖形化任務(wù)模型，能夠?qū)崿F(xiàn)自我診斷以及相應(yīng)信息的記錄功能、自我功能巡檢以及自我功能優(yōu)化。根據(jù)用戶(hù)的實(shí)際要求對(duì)操作界面進(jìn)行設(shè)計(jì)，利用客制化的參數(shù)輸入界面取代繁瑣的程序的編制過(guò)程。機(jī)床操作人員只需在相應(yīng)的客制界面中輸入主要的幾個(gè)加工參數(shù)，后臺(tái)即可生成相應(yīng)的加工代碼，簡(jiǎn)化齒輪加工，提高加工任務(wù)的可管控性。
4.1 界面系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的機(jī)床是弧齒錐齒輪加工的專(zhuān)用機(jī)床，根據(jù)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)要求，對(duì)弧齒錐齒輪加工機(jī)床中安裝的數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)界面進(jìn)行客制開(kāi)發(fā)。圖4.1 是弧齒錐齒輪加工機(jī)床人機(jī)界面工作流程。
首先是齒制的選擇，選擇弧齒齒制，進(jìn)入弧齒錐齒輪的參數(shù)輸入界面；然后通過(guò)點(diǎn)選底部相應(yīng)的客制好的功能鍵，進(jìn)入齒輪參數(shù)輸入界面、工藝參數(shù)輸入界面以及刀具參數(shù)輸入界面，通過(guò)子頁(yè)面下對(duì)應(yīng)的各個(gè)子功能鍵，進(jìn)入各自的參數(shù)輸入界面，完成相應(yīng)數(shù)據(jù)參數(shù)的輸入。
數(shù)據(jù)參數(shù)輸入完成之后，通過(guò)參數(shù)檢查模塊進(jìn)行參數(shù)自檢，如果有錯(cuò)誤參數(shù)，返回參數(shù)輸入界面進(jìn)行參數(shù)的修改；如果無(wú)誤，則進(jìn)入仿真加工模塊。在仿真過(guò)程中如果出現(xiàn)刀具與工件的干涉等錯(cuò)誤，則返回參數(shù)輸入界面進(jìn)行參數(shù)的修改，直至錯(cuò)誤消除，進(jìn)入數(shù)控加工過(guò)程，最后退出程序，完成加工。
4.2 e HMI 客制工具
新代數(shù)控系統(tǒng)的客制過(guò)程包括專(zhuān)案的建立、畫(huà)面檔與功能鍵的設(shè)計(jì)、畫(huà)面檔與相應(yīng)功能鍵的鏈接以及安裝文件的封裝等過(guò)程。 人機(jī)界面的客制工作主要由 e HMI 開(kāi)發(fā)軟件完成，當(dāng)按照安裝要求將相關(guān)模擬仿真軟件安裝完畢之后，安裝目錄下就會(huì)生成 SYNTEC 數(shù)控系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)的仿真系統(tǒng)文件，如圖 4.2 所示，Disk C 之下有三個(gè)人機(jī)相關(guān)的文件夾，一是標(biāo)準(zhǔn)文件夾 Std MMIRes，這是新代的標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)，不允許修改；二是準(zhǔn)系統(tǒng)文件夾 Prd MMIRes，這是新代的準(zhǔn)系統(tǒng)文件夾，同樣也是不建議修改的；三是客制文件夾 OCRes，這是操作者客制的專(zhuān)區(qū)，相關(guān)客制文件均保存在該文件夾下。
圖 4.1 弧齒錐齒輪加工機(jī)床人機(jī)界面工作流程
圖 4.2 仿真系統(tǒng)文件夾
圖 4.3 是新代數(shù)控系統(tǒng) SYNTEC-10B 開(kāi)機(jī)運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)界面，為了保證原系統(tǒng)的完整性以及客制后系統(tǒng)維護(hù)的便利性，相關(guān)人機(jī)界面的客制工作需要在標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)界面的基礎(chǔ)上完成[54]。相關(guān)界面的客制是在 e HMI 中完成的，它由工具欄、工作區(qū)、畫(huà)面檔總管/功能鍵總管、屬性框、狀態(tài)列組成[42]，如圖 4.4 所示。
圖 4.3 新代 SYNTEC—10B 標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)界面
圖 4.4 e HMI 客制化工作界面
4.3 人機(jī)界面的客制
4.3.1 專(zhuān)案的建立
人機(jī)界面由多個(gè)功能鍵（Fenubar）、畫(huà)面檔（Browser）、圖片檔等組成，而且 e HMI會(huì)自動(dòng)幫助編輯者管理這些檔案。界面客制過(guò)程表明，通過(guò)新增專(zhuān)案的方式，添加畫(huà)面檔和功能鍵來(lái)實(shí)現(xiàn)界面的客制，更易于一般編輯人員接受[55]。
在 e HMI 中依次選擇“檔案”→“新增”→“專(zhuān)案”，如圖 4.5 所示然后在彈出的對(duì)話(huà)框中指定要使用的專(zhuān)案名稱(chēng)“kezhi7-6”與存儲(chǔ)位置，點(diǎn)擊“確定”。此時(shí)彈出新建專(zhuān)案的提示對(duì)話(huà)框，如圖 4.6 所示。我們點(diǎn)選要加載標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)的 OCRes 文件的位置，進(jìn)入新的專(zhuān)案，e HMI 將自動(dòng)加載 C:\OCRes\Common 下的 Cnc Fenu.xml（默認(rèn)功能鍵名稱(chēng)）與 Syntec Param.xml（默認(rèn)參數(shù)檔名稱(chēng)），以及\OCRes\Common\App Data 下所有畫(huà)面檔，而且在專(zhuān)案文件夾下自動(dòng)生成“kezhi7-6.beproj”的專(zhuān)案文件以及一個(gè)名為“kezhi7-6”的文件夾，該文件夾里面包括“Std MMIRes”、“OCRes”以及“Prd MMIRes”三個(gè)與人機(jī)客制相關(guān)的文件夾。該操作的目的是保證原系統(tǒng)的完整性，便于后續(xù)畫(huà)面檔和功能鍵的客制文件管理。“OCRes”文件夾下的“Common”文件夾用來(lái)保存與功能鍵客制相關(guān)的文件資料，而“Common”之下的“App Data”文件夾用來(lái)存儲(chǔ)與客制畫(huà)面檔相關(guān)的文件資料，這樣可以保證客制文件與原操作系統(tǒng)的兼容性。
圖 4.5 專(zhuān)案建立
圖 4.6 新建專(zhuān)案提示框
4.3.2 畫(huà)面檔的客制
人機(jī)界面大致分為兩部分，一個(gè)是基礎(chǔ)底層畫(huà)面，一個(gè)是實(shí)際在切換的區(qū)塊上的畫(huà)面，其中基礎(chǔ)底層畫(huà)面是由\OCRes Dir\Common\App Data\Backgnd.xml 的檔案所定義的[42]。對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的界面客制是對(duì)切換的區(qū)塊上的畫(huà)面進(jìn)行客制。
一個(gè)畫(huà)面檔（Browser）通常由許多元件組合而成，如元件盤(pán)、標(biāo)記、顯示元件、圖像、輸入欄、下拉式選單、按鍵、坐標(biāo)顯示元件、多圖像、多文字等，如圖 4.7 所示。在畫(huà)面檔總管區(qū)的畫(huà)面檔右鍵點(diǎn)選“App Data”→“加入新畫(huà)面檔（N）”，在彈出的對(duì)話(huà)框上填寫(xiě)畫(huà)面檔的尺寸大小值，“名稱(chēng)”一欄不識(shí)別中文字符，需要輸入英文字符（區(qū)分大小寫(xiě)）以及數(shù)字字符，如圖 4.8 所示。然后在這個(gè)空畫(huà)面檔上面添加自己所需要的組件。首先為空畫(huà)面檔添加一個(gè)基底面板，基底面板的作用是通過(guò)顏色的對(duì)比，襯托出頂層元件的功能和名稱(chēng)。具體操作時(shí)點(diǎn)選“元件”→“元件盤(pán)（Panel）”，設(shè)置該元件盤(pán)的寬度（width）為 800，高度（height）為 470，使其能夠布滿(mǎn)整個(gè)畫(huà)面檔工作區(qū)。設(shè)置背景顏色、邊框顏色為灰色或者黑色，設(shè)置該元件盤(pán)的層次為最底層。
圖 4.7 畫(huà)面檔組成元件
圖 4.8 新建畫(huà)面檔對(duì)話(huà)框
以“齒制選擇”顯示組件為例，介紹普通顯示元件的詳細(xì)客制過(guò)程。在元件盤(pán)上添加“標(biāo)記”顯示組件，依次點(diǎn)選 e HMI 工具欄里的“元件”→“標(biāo)記”，在工作區(qū)的基底面板上按住左鍵拉出一個(gè)矩形區(qū)塊的“標(biāo)記”組件；然后雙擊該組件，通過(guò)圖 4.9所示的組件設(shè)定對(duì)話(huà)框?qū)ζ涑叽绱笮 ⒚Q(chēng)標(biāo)題、字體顏色、背景顏色以及字體大小等屬性進(jìn)行設(shè)置。當(dāng)該元件設(shè)置完畢后，可以通過(guò)點(diǎn)選 e HMI 工具欄里的“測(cè)試”→“測(cè)試畫(huà)面檔”選項(xiàng)，對(duì)新添加“標(biāo)記”元件的畫(huà)面檔的客制效果進(jìn)行仿真測(cè)試檢驗(yàn)。 其他“顯示元件”、“輸入欄”、“圖像”等元件的添加過(guò)程與“標(biāo)記”元件的添加過(guò)程類(lèi)似，不再贅述。圖 4.10 至圖 4.16 是根據(jù)項(xiàng)目要求客制的部分人機(jī)交互界面的畫(huà)面檔。
圖 4.9 “標(biāo)記”元件設(shè)定對(duì)話(huà)框
圖 4.10 齒制選擇畫(huà)面檔
圖 4.11 弧齒錐齒輪參數(shù)輸入畫(huà)面檔
圖 4.12 弧齒齒輪參數(shù)輸入畫(huà)面檔
圖 4.13 弧齒工藝參數(shù)輸入選擇畫(huà)面檔
圖 4.14 弧齒工藝參數(shù)輸入-大齒輪畫(huà)面檔
圖 4.15 弧齒工藝參數(shù)輸入-小齒輪畫(huà)面檔
圖 4.16 弧齒錐齒輪刀具參數(shù)輸入畫(huà)面檔
4.3.3 功能鍵的客制
一個(gè)功能鍵由一個(gè)以上的按鍵列（Fenubar）組合而成。圖 4.17 為標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)主功能鍵按鍵列。功能鍵的客制思路是在主功能鍵的基礎(chǔ)上，通過(guò)啟用某一個(gè)閑置功能鍵按鈕，將該按鈕的動(dòng)作鏈接至之前客制好的畫(huà)面檔，以進(jìn)入客制化的界面。以“齒制選擇”界面的客制功能鍵與相應(yīng)畫(huà)面檔的鏈接為例，介紹具體的客制過(guò)程。
圖 4.17 標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)主功能鍵按鍵列
在功能鍵總管區(qū)域右鍵單擊點(diǎn)選“Cnc Fenu5.xml”，選擇“新增按鍵列（F）”，如圖 4.18 所示。在彈出的對(duì)話(huà)框中鍵入新增按鍵列的名稱(chēng)“chizhixuanze”后點(diǎn)擊確認(rèn)，然后生成一個(gè)按鍵列，雙擊“F1”按鈕，彈出如圖 4.19 所示的 F1 快捷鍵設(shè)置對(duì)話(huà)框，對(duì)該快捷鍵的標(biāo)題設(shè)置為“弧齒”，將“連接”處打勾，通過(guò)選擇后方的下拉列表里面的之前已經(jīng)客制好的功能鍵名稱(chēng)“huchicanshushuru”，引導(dǎo)至已經(jīng)客制好的次級(jí)功能鍵“huchicanshushuru”。 點(diǎn)擊“不受密碼保護(hù)的動(dòng)作”選項(xiàng)卡，彈出如圖 4.20 所示的動(dòng)作設(shè)置對(duì)話(huà)框，將“功能選項(xiàng)總表”中的“切換至客制界面”功能添加到“Action List”里面，然后在右下 角 輸 入 已 經(jīng) 客 制 好 弧 齒 錐 齒 輪 參 數(shù) 輸 入 界 面 的 畫(huà) 面 檔 名 稱(chēng)“HCZCLcanshushurujiemian”，點(diǎn)擊“add”，將其添加到“Action List”里面，完成該功能鍵的“F1”按鍵列的動(dòng)作鏈接客制。其他功能鍵的客制以及功能鍵與畫(huà)面檔之間的鏈接過(guò)程與“齒制選擇”的客制過(guò)程相似。
圖 4.18 新增按鍵列
圖 4.19 F1 快捷鍵設(shè)置對(duì)話(huà)框
圖 4.20 動(dòng)作設(shè)置對(duì)話(huà)框
4.4 界面系統(tǒng)的測(cè)試
各級(jí)畫(huà)面檔的客制與相應(yīng)的功能鍵的客制完成了數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)界面客制的大部分工作，畫(huà)面檔與功能鍵的鏈接完成后還需要通過(guò) e HMI 的測(cè)試功能進(jìn)行相關(guān)人機(jī)界面的測(cè)試仿真工作，以驗(yàn)證相關(guān)的客制功能能否達(dá)到客制的要求。 e HMI 開(kāi)發(fā)包具有測(cè)試仿真的功能，測(cè)試分為測(cè)試專(zhuān)案、測(cè)試畫(huà)面檔、測(cè)試功能鍵、人機(jī)實(shí)測(cè)。本文是通過(guò)建立專(zhuān)案的形式對(duì)界面進(jìn)行客制的，所以選擇 e HMI 的工具欄里的“測(cè)試”，然后點(diǎn)選“人機(jī)實(shí)測(cè)”→“利用本專(zhuān)案 OCRes 測(cè)試”，如圖 4.21 所示。測(cè)試系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)客制好的畫(huà)面檔與功能鍵進(jìn)行模擬仿真。圖 4.22 至圖 4.28 是相關(guān)界面的仿真效果圖。
圖 4.21 啟動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)
圖 4.22 齒制選擇界面
圖 4.23 參數(shù)輸入總界面
圖 4.24 齒輪參數(shù)輸入
圖 4.25 工藝參數(shù)輸入
圖 4.26 小齒輪工藝參數(shù)輸入
圖 4.27 大齒輪工藝參數(shù)輸入
圖 4.28 刀具參數(shù)輸入
4.5 界面層級(jí)關(guān)系
客制的整個(gè)界面是一個(gè)畫(huà)面系統(tǒng)，為了便于分析各級(jí)界面之間的從屬關(guān)系以及更直觀的了解畫(huà)面檔內(nèi)容，繪制層級(jí)關(guān)系框圖[56]，如圖 4.29 所示。在標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)界面下添加“齒制選擇”界面，然后下分為“弧齒錐齒輪”以及“其他齒制”界面。“弧齒錐齒輪”界面連接到“弧齒錐齒輪參數(shù)輸入”界面。“弧齒錐齒輪參數(shù)輸入”界面下分為“齒輪參數(shù)”界面、“工藝參數(shù)”界面、“刀具參數(shù)”界面。“工藝參數(shù)”界面和“刀具參數(shù)”界面下各自分為大、小齒輪相關(guān)參數(shù)界面，以此組成整個(gè)的界面層級(jí)系統(tǒng)。
4.6 多軸群顯示設(shè)計(jì)
用于螺旋錐齒輪加工的是多軸系統(tǒng)機(jī)床，在多軸系統(tǒng)中通常需要將$1(第一軸群)、$2(第二軸群)設(shè)置為按照軸群設(shè)定來(lái)顯示坐標(biāo)內(nèi)容，例如$1 的 XYZC 顯示在$1 的坐標(biāo)組件中，$2 的 AB 顯示在$2 的坐標(biāo)組件中。這樣顯示比較符合用戶(hù)的使用習(xí)慣，也容易辨認(rèn)軸與軸群的關(guān)系。圖 4.30 為主界面軸群分布圖。
圖 4.29 界面層級(jí)關(guān)系框圖
圖 4.30 主界面軸群分布圖
首先提取相應(yīng)的配置文件：OCRes\Common\App Data\Pos Coord.xml，然后對(duì)該文件進(jìn)行配置，編程語(yǔ)言如下：
<xml version="1.0" encoding="UTF-8"> <Screen Type="Dot Net Extension"> <Machine coordinate layout > 機(jī)械坐標(biāo)。
<Coord Box> <Page Size>5</Page Size> 一頁(yè)顯示的軸數(shù)目，默認(rèn)為 5。
<Axis Group Source>1</Axis Group Source> 設(shè)定要顯示的軸群，默認(rèn)為 0。
</Coord Box> <Relative coordinate layout > 相對(duì)坐標(biāo)。
<Coord Box> <Page Size>5</Page Size> 一頁(yè)顯示的軸數(shù)目，默認(rèn)為 5。
<Axis Group Source>2</Axis Group Source> 設(shè)定要顯示的軸群，默認(rèn)為 0。
</Coord Box> <Absolute coordinate layout > 絕對(duì)坐標(biāo)。
<Coord Box> <Page Size>5</Page Size> 一頁(yè)顯示的軸數(shù)目，默認(rèn)為 5。<Axis Group Source>0</Axis Group Source> 設(shè)定要顯示的軸群，默認(rèn)為 0。
</Coord Box> <Distance to Go coordinate layout> 剩余距離。
<Coord Box> <Page Size>5</Page Size> 一頁(yè)顯示的軸數(shù)目，默認(rèn)為 5。
<Axis Group Source>0</Axis Group Source> 設(shè)定要顯示的軸群，默認(rèn)為 0。
</Coord Box> </Screen> 程序中的“Axis Group Source（0-15）”表示設(shè)定所顯示的軸群，“0”是默認(rèn)值，表示顯示所有軸群；“1”表示僅顯示第一軸群，“2”表示僅顯示第二軸群，“4”表示僅顯示第三軸群，“8”表示僅顯示第四軸群，“3”顯示第一及第二軸群（1+2=3），若要顯示不同軸群的組合，依此類(lèi)推。例如：1+4=5：表示顯示第一軸群和第三軸群。 “Page Size”（預(yù)設(shè)為 5，大于 5 畫(huà)面會(huì)超出。）表示設(shè)定一頁(yè)顯示的軸群數(shù)量。如果欲顯示的軸群數(shù)目大于“Page Size”，則可使用“Page Down”及“Page Up”切換頁(yè)面，由于一次按下“Page Down”鍵將觸發(fā)所有坐標(biāo)組件進(jìn)行換頁(yè)動(dòng)作，可以預(yù)見(jiàn)若不同的坐標(biāo)組件設(shè)置不同數(shù)量的軸群顯示，且按下“Page Down”鍵顯示其他軸群坐標(biāo)信息，將不會(huì)很快地切回第一次顯示的畫(huà)面。令 m=“Axis Group Source”數(shù)目/“Page Size”，所以必須再按下所有坐標(biāo)組件 m 的最小公倍數(shù)–1 次數(shù)，才會(huì)回到原來(lái)的畫(huà)面。 “Page Down”按下時(shí)，軸群內(nèi)容會(huì)出現(xiàn)“Axis Group Source”所設(shè)定的軸群內(nèi)容，無(wú)關(guān) R21（多軸群 CNC 主系統(tǒng)執(zhí)行模式）所設(shè)定的值。完成相關(guān)文件的修改之后將對(duì)應(yīng)檔案放置于對(duì)應(yīng)路徑下，以保證客制的軸群顯示能夠在數(shù)控系統(tǒng)重新啟動(dòng)之后的正常顯示。
4.7 專(zhuān)案的封裝
在專(zhuān)案模式下客制完成的畫(huà)面檔與功能鍵需要經(jīng)過(guò)打包封裝的過(guò)程，生成安裝包，復(fù)制到相應(yīng)數(shù)控系統(tǒng)文件夾下，通過(guò)更新系統(tǒng)的方式，將客制部分內(nèi)嵌到原裝新代數(shù)控系統(tǒng)中，方可正常運(yùn)行[42]。 首先點(diǎn)選 e HMI 工具欄中的“工具”→“檢查記憶體是否重復(fù)”→“檢查檔案\專(zhuān)案”，對(duì)專(zhuān)案的建立位置與專(zhuān)案參數(shù)進(jìn)行檢查，在確保無(wú)誤的情況下，點(diǎn)選“工具”→“建立安裝檔”→“打包專(zhuān)案”，將該專(zhuān)案下的所有檔案資料壓縮成一個(gè) Zip 類(lèi)型的安裝檔，將此安裝檔復(fù)制到標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)磁盤(pán)中，然后在標(biāo)準(zhǔn)人機(jī)（CNCMon）中升級(jí)即可。
4.8 本章小結(jié)
本章節(jié)首先對(duì)客制化界面系統(tǒng)的整體框架進(jìn)行了相關(guān)的設(shè)計(jì)構(gòu)造，然后對(duì)人機(jī)界面的客制軟件 e HMI 進(jìn)行了簡(jiǎn)單性介紹，論述了客制工作的文件設(shè)置問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)建立專(zhuān)案的形式，對(duì)人機(jī)界面各級(jí)的畫(huà)面檔、功能鍵進(jìn)行了設(shè)計(jì)客制。通過(guò)測(cè)試仿真模塊，對(duì)各級(jí)畫(huà)面檔與功能鍵的相關(guān)客制工作進(jìn)行了仿真檢測(cè)，在確認(rèn)各種參數(shù)無(wú)誤的情況下，建立了人機(jī)界面的各層級(jí)的關(guān)系圖，使界面之間的層級(jí)關(guān)系一目了然。按照操作習(xí)慣對(duì)數(shù)控系統(tǒng)的軸群顯示界面進(jìn)行了編程設(shè)置。最后將客制的專(zhuān)案進(jìn)行了軟件封裝。
第 5 章 新代 PLC 系統(tǒng)
新代數(shù)控系統(tǒng)具有內(nèi)嵌的 PLC 系統(tǒng)，對(duì)畫(huà)面檔和功能鍵的客制工作需要相應(yīng)地對(duì)新代 PLC 系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行相關(guān)設(shè)置，保證人機(jī)界面的參數(shù)與后臺(tái) PLC 系統(tǒng)參數(shù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性。 5.1 PLC 分類(lèi) 可編程控制器按其 I/O 接點(diǎn)數(shù)的多少、存儲(chǔ)器容量的大小、指令多少與其功能的強(qiáng)弱，大致可分為小、中、大三大類(lèi)[57]，如表 5.1 所示。按數(shù)控機(jī)床 CNC 系統(tǒng)中所用PLC 結(jié)構(gòu)的不同，又分為內(nèi)裝型和獨(dú)立型兩類(lèi)。
表5.1 PLC 的分類(lèi)
5.2 新代內(nèi)裝型 PLC 系統(tǒng)架構(gòu)
SYNTEC-10B 數(shù)控系統(tǒng)采用是內(nèi)裝型的 PLC，該型 PLC 是新代科技有限公司為實(shí)現(xiàn) SYNTEC-10B 系統(tǒng)順序控制而專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)制造的，它是內(nèi)嵌在數(shù)控系統(tǒng)中的，可以在CNC 裝置內(nèi)部實(shí)現(xiàn)與 NC 之間的信號(hào)交流。新代的 PLC 系統(tǒng)包括梯形圖的輸入編輯部分、指令表的輸入編輯部分、梯形圖語(yǔ)言與指令表語(yǔ)言的轉(zhuǎn)換部分以及指令表語(yǔ)言的編譯部分。 梯形圖編輯器可以實(shí)現(xiàn)插入和刪除程序指令、文件的開(kāi)啟和存檔、相關(guān)程序界面的設(shè)計(jì)、圖形元素的繪制等任務(wù)。指令表與匯編語(yǔ)言一樣，具有簡(jiǎn)潔的語(yǔ)法格式，易于被多數(shù)編程人員接受，是 PLC 常用的編程語(yǔ)言。作為整個(gè) PLC 系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)節(jié)，指令表語(yǔ)言要完成輸入和編輯功能，為后續(xù)的編譯運(yùn)行過(guò)程做準(zhǔn)備。將梯形圖這樣的圖形化語(yǔ)言轉(zhuǎn)換為指令表這樣的文本化的編程語(yǔ)言是編譯工作的主要內(nèi)容，轉(zhuǎn)換原理就是將梯形圖的信息數(shù)據(jù)從鏈表的節(jié)點(diǎn)中提取出來(lái)，按照相關(guān)的程序規(guī)范轉(zhuǎn)化為指令表，并按照相應(yīng)的要求，顯示在指定區(qū)域中。編譯的過(guò)程實(shí)質(zhì)上就是將高級(jí)語(yǔ)言編寫(xiě)的程序翻譯為機(jī)器語(yǔ)言的過(guò)程，該過(guò)程轉(zhuǎn)化質(zhì)量的高低決定著系統(tǒng)程序準(zhǔn)確性和運(yùn)行效率。編譯模塊是 PLC 程序被系統(tǒng)識(shí)別的前提和必要步驟。 SYNTEC-10B 系統(tǒng)內(nèi)裝型的 PLC 與 MT 間的通信是通過(guò) CNC 輸入/輸出接口電路實(shí)現(xiàn)的，如圖 5.1 所示。
圖 5.1 新代內(nèi)裝型 PLC-CNC 機(jī)床系統(tǒng)框圖
5.3 新代內(nèi)裝型 PLC 特點(diǎn)
內(nèi)裝型 PLC 是作為一種基本的可供操作人員選擇的功能出現(xiàn)在 CNC 中的，數(shù)控系統(tǒng)的性能、規(guī)格、應(yīng)用機(jī)床的類(lèi)型等因素決定了內(nèi)裝型 PLC 的性能指標(biāo)。在對(duì) CNC系統(tǒng)進(jìn)行相關(guān)功能的設(shè)計(jì)、制造時(shí)，兼顧了 PLC 硬件和軟件部分的功能，這樣的設(shè)計(jì)方案保證了整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的緊湊性，而且這種設(shè)計(jì)思路可以提高 PLC 功能的針對(duì)性，更有利于 PLC 相關(guān)功能的發(fā)揮。內(nèi)裝型 PLC 與 CNC 系統(tǒng)共用輸入/輸出電路，有利于簡(jiǎn)化控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。內(nèi)裝型 PLC 結(jié)構(gòu)可以使 CNC 系統(tǒng)發(fā)揮諸如梯形圖編輯和傳送、CNC 內(nèi)部直接處理大量信息等更優(yōu)越的控制功能。
5.4 客制用新代 PLC 寄存器分配
新代 PLC 主要提供 I、O、A、C、S、R、CT、TI 等八個(gè)元件，供程序編輯人員使其中“I”是實(shí)體輸入接點(diǎn)（Input）。圖 5.2 是新代數(shù)控系統(tǒng)的客制過(guò)程中內(nèi)置 PLC與機(jī)床系統(tǒng)的整體架構(gòu)圖。“O”是實(shí)體輸出接點(diǎn)（Output）。“A”是虛擬輔助接點(diǎn)（Auxiliary），從 A0-A511 共有 512 個(gè)接點(diǎn)。“C”是 PLC 控制 CNC 指令（PLC CNC Command），從 C0-C511，共 512 個(gè)接點(diǎn)。“S”是 PLC 讀取 CNC 狀態(tài)（PLC CNC Status），從 S0-S511，共 512 個(gè)接點(diǎn)。
圖 5.2 SYNTEC 客制化中的新代 PLC 架構(gòu)圖
“R”是 PLC 與 CNC 雙向 32 位元暫存器（PLC CNC Register），從 R0-R65535，共 65536 個(gè)接點(diǎn)，實(shí)際客制工作中使用的輸入寄存器地址分布是 R1023-R4095，該地址段是人機(jī)界面客制中既允許操作者進(jìn)行“讀取”操作，又可允許操作者進(jìn)行“寫(xiě)入”工作的地址段之一，對(duì)應(yīng)的全局變量@11023-@14095。在人機(jī)界面的客制過(guò)程中輸入變量與對(duì)應(yīng)的寄存器地址關(guān)系，如表 5.2 至表 5.6 所示。
5.5 M/S/T 碼的信號(hào)傳遞
機(jī)床操作者在程序中使用“M”碼，用以驅(qū)動(dòng)周邊設(shè)備，如油冷機(jī)構(gòu)、送料機(jī)構(gòu)等。編入“S”碼是為了設(shè)定主軸轉(zhuǎn)速，“T”碼是執(zhí)行換刀動(dòng)作的。編入的 M/S/T 碼，可以將相關(guān)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)作與 PLC 的輸入輸出信號(hào)做同步控制。其動(dòng)作流程如圖 5.3 所示。
圖 5.3 M/S/T 碼動(dòng)作流程
當(dāng)加工程序執(zhí)行到 M/S/T 碼時(shí)，核心會(huì)發(fā)出 S29/S54/S69 的 M/S/T 碼，讀取 M/S/T碼給 PLC，核心控制器會(huì)將 M/S/T 碼的內(nèi)容放在 R1/R2/R3 寄存器中，例如當(dāng)加工程序執(zhí)行到“M3”時(shí)，控制器會(huì)將“3”存入“R1”寄存器內(nèi)；當(dāng)加工程序執(zhí)行到“T5”時(shí)，控制器會(huì)將“5”存入“R3”寄存器。當(dāng) PLC 接到 M/S/T 碼后，就開(kāi)始執(zhí)行預(yù)先規(guī)劃的動(dòng)作。待 M/S/T 碼執(zhí)行完畢后，PLC 將觸發(fā) M/S/T 碼完成信號(hào)給核心控制器，核心收到 C38 ON 后，確認(rèn) M/S/T 碼動(dòng)作完成，才會(huì)繼續(xù)向下執(zhí)行加工程序。
5.6 新代 PLC 的警報(bào)視窗系統(tǒng)
新代數(shù)控系統(tǒng)中相關(guān)警告信息的顯示，都是由新代內(nèi)置 PLC 觸發(fā)的。PLC 觸發(fā)的信息會(huì)自動(dòng)記載在控制器之中，提供給操作者診斷依據(jù)。當(dāng) PLC 發(fā)出警報(bào)信號(hào)時(shí)，控制器將警報(bào)字符串顯示于控制器的屏幕上，并不會(huì)自動(dòng)中止其他執(zhí)行中的任何動(dòng)作，如果需要終止程序加工或其他執(zhí)行中的動(dòng)作，需要在 PLC 程序中另行處理。
5.6.1 新代系統(tǒng)內(nèi)定警報(bào)
當(dāng) PLC 輸出 R40-R43 時(shí)，控制器屏幕會(huì)立即根據(jù)表 5.7 的內(nèi)容，彈出相應(yīng)的警告信息。
5.6.2 自定義警報(bào)
新代控制器提供 96 個(gè) PLC Alarm，96 個(gè) PLC Warning 以及 319 個(gè) PLC Hint 供使用者自行定義，表 5.8-表 5.10 分別是 Alarm，Warning，Hint 的編號(hào)與 R Bit 對(duì)應(yīng)關(guān)系表。此外，PLC Alarm/Warning 編號(hào) 1 至 64 號(hào)為系統(tǒng)內(nèi)定警報(bào)區(qū)，不允許操作者重復(fù)使用。
（1）客制文件存放路徑
1）中文版 Disk C/OCRes/CHT/String/Alarm Msg_CHT.xml。
2）英文版 Disk C/OCRes/Common/String/Alarm Msg_common.xml。
（2）檔案格式
<Message ID=”Alarm Msg::MLC::ID=xxx” Content=”警報(bào)內(nèi)容” />，其中 xxx 為對(duì)應(yīng)PLC Alarm/Warning 的編號(hào)，標(biāo)識(shí)符母為 MLC。
<Message ID=”Alarm Msg::MLCHint::ID=xxx”Content=”警報(bào)內(nèi)容” />，其中 xxx 為對(duì)應(yīng) PLC Hint 編號(hào)，標(biāo)識(shí)符母為 MLCHint。
（3）Alarm Msg_common.xml 客制范例
1）中文版 <Message ID=”Alarm Msg::MLC::ID=1” Content=”X 軸超過(guò)正向硬件行程極限”/> <Message ID=”Alarm Msg::MLCHint::ID=10” Content=”第 10 號(hào)提示” />
2）英文版 <Message ID=”Alarm Msg::MLC::ID=1” Content=”X+hardware stroked limit exceed”/> <Message ID=”Alarm Msg::MLCHint::ID=10”Content=”10th Hint” />
5.7 本章小結(jié)
本章節(jié)論述了 PLC 的分類(lèi)，對(duì)新代內(nèi)裝型的 PLC 進(jìn)行了框圖性的歸納，以此為基礎(chǔ)，對(duì)新代內(nèi)裝型 PLC 的性能特點(diǎn)進(jìn)行了總結(jié)。按照客制的要求，通過(guò)架構(gòu)圖的形式對(duì)客制過(guò)程中的新代數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝型 PLC 進(jìn)行了描述，進(jìn)而通過(guò)表格的形式分析了客制過(guò)程中各輸入變量的 R 寄存器地址分配，同時(shí)論述了 M/S/T 碼的動(dòng)作過(guò)程，研究了新代 PLC 系統(tǒng)的警報(bào)視窗系統(tǒng)以及基本的 PLC 警報(bào)系統(tǒng)的制作過(guò)程。
第 6 章 結(jié)論與展望
本課題針對(duì)弧齒錐齒輪的加工要求，對(duì)新代數(shù)控系統(tǒng)進(jìn)行了人機(jī)界面系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，并對(duì)與客制相關(guān)的數(shù)控系統(tǒng)軟件工具以及相關(guān)的硬件設(shè)備進(jìn)行了一定的研究，主要研究成果如下。
首先研究了螺旋錐齒輪加工理論的相關(guān)知識(shí)。闡述了弧齒錐齒輪的嚙合原理以及能夠解決齒面幾何問(wèn)題和運(yùn)動(dòng)問(wèn)題的相對(duì)微分法。通過(guò)構(gòu)建嚙合方程，得出了運(yùn)動(dòng)曲面持續(xù)嚙合的前提條件是兩曲面在法線(xiàn)方向的分速度必須相等。分析了齒輪嚙合的局部共軛原理以及弧齒錐齒輪齒面建模的過(guò)程。弧齒錐齒輪加工理論為人機(jī)界面的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)提供了理論支撐。 其次，對(duì)新代 SYNTEC 數(shù)控系統(tǒng)以及二次開(kāi)發(fā)所利用的模擬仿真軟件進(jìn)行了整體性的研究，對(duì)軟件安裝過(guò)程中的特殊要求進(jìn)行了特別說(shuō)明，保證了相關(guān)客制軟件的正確安裝，為課題研究的順利進(jìn)行奠定了軟件基礎(chǔ)。 再次，對(duì)新代 10B 控制器的架構(gòu)以及開(kāi)放式 CNC 進(jìn)行了歸納總結(jié)，研究了新代開(kāi)放式系統(tǒng)的性能優(yōu)勢(shì)，搭建了 SYNTEC 開(kāi)放式架構(gòu)。對(duì)直接影響數(shù)控系統(tǒng)人機(jī)交互性的新代控制面板進(jìn)行了相關(guān)分析，奠定了客制工作的界面基礎(chǔ)。 然后，搭建了客制化界面系統(tǒng)的整體框架圖以及弧齒錐齒輪加工系統(tǒng)的人機(jī)界面工作流程圖。基于e HMI 的軟件基礎(chǔ)，建立了人機(jī)界面的客制專(zhuān)用專(zhuān)案，按照齒輪加工的工藝要求對(duì)人機(jī)界面各級(jí)的畫(huà)面檔、功能鍵進(jìn)行了設(shè)計(jì)客制。 通過(guò)測(cè)試仿真模塊，對(duì)各級(jí)畫(huà)面檔與功能鍵的相關(guān)客制工作進(jìn)行了仿真檢測(cè)，確保了各種參數(shù)的正確性。完成了加工變量的傳送、簡(jiǎn)單加工程序的自動(dòng)生成，驗(yàn)證了客制工作的正確性。
構(gòu)建了人機(jī)界面的各層級(jí)關(guān)系框圖，使界面之間的層級(jí)關(guān)系一目了然；按照操作習(xí)慣對(duì)數(shù)控系統(tǒng)軸群顯示界面進(jìn)行了編程設(shè)置，最后將客制的專(zhuān)案進(jìn)行了軟件封裝。 最后，根據(jù)客制的要求，采用架構(gòu)圖的形式對(duì)客制過(guò)程中的新代數(shù)控系統(tǒng)內(nèi)裝型PLC 進(jìn)行了研究。通過(guò)表格的形式分析了客制過(guò)程中各輸入變量的 R 寄存器地址分配，同時(shí)論述了 M/S/T 碼的動(dòng)作過(guò)程。
本課題雖然對(duì)新代 SYNTEC-10B 數(shù)控系統(tǒng)的人機(jī)界面進(jìn)行了客制，達(dá)到了基本的加工要求，但是由于時(shí)間有限，還存在一些不足和需要完善改進(jìn)的地方。
首先，人機(jī)界面在齒輪形象化方面有一定的完善空間；其次，客制過(guò)程中做了齒輪加工的一些基本參數(shù)的傳送，完成基本的仿真動(dòng)作和相應(yīng)代碼生成，還不夠完善和穩(wěn)定；再次，個(gè)別界面的參數(shù)輸入功能也有改進(jìn)完善的空間。
針對(duì)人機(jī)界面系統(tǒng)的不足進(jìn)行相應(yīng)的完善和改進(jìn)，新代 SYNTEC-10B 數(shù)控系統(tǒng)在弧齒錐齒輪加工中將會(huì)表現(xiàn)出更明顯的功能優(yōu)勢(shì)，提高齒輪加工效率，豐富螺旋錐齒輪加工技術(shù)，完善相關(guān)的技術(shù)儲(chǔ)備。
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