刘本刚，金光云，吴天驰，潘高杨，张云鹏

(沈阳飞机工业(集团)有限公司,辽宁 沈阳 110034)

0 引言

西门子SINUMERIK 840D/840Dsl作为完全开放性的数控系统，支持用户根据业务需求深度扩展和二次开发并定制相关功能。其中，为实现数控系统人机通信单元MMC、数控单元NCK、逻辑控制单元PLC与驱动系统数据交互，提供了若干数据接口信号，极大方便了不同领域的用户自定义实现高级功能。本文以某机床测量系统现场频发的硬件故障诊断和维护为例，通过在原控制逻辑基础上增加基于机床PLC数据信号的测量系统快速切换功能，替代原繁琐低效的基于电脑端S7软件修改测量系统指令以切换测量系统生效的方式，并基于接口信号通过优化原PLC逻辑提高故障诊断过程的人机交互性，从而实现故障和报警快速定位能力。

1 常用接口信号及功能

接口信号实现了PLC与数控系统NCK以及人机界面MMC之间的数据通信。在西门子数控系统中，接口信号数量非常丰富[1]，理解这些接口地址及意义对实现自定义的控制功能具有重要意义。其中，PLC与NCK、MMC之间的数据接口就是数据块DB，包括基本数据块和用户数据块，数据块中保存了数控系统控制(指令)信息和状态(过程)信息。基本数据块又称为系统数据接口，按照数据功能通常分为MMC数据接口(DB19)、NC数据接口(DB10)、方式组数据接口(DB11)、通道数据接口(DB21～DB30)、轴数据接口(DB31～DB61)、安全集成接口信号(DB18)等。在使用时应注意系统接口信号是有方向性的，如NCK到PLC的是只读的系统内部状态信号，而PLC到NCK的是控制请求信号。如自定义带参数的Mxxxxyyyy指令(其中xxxx为M功能码，yyyy为用户参数，文中特指流量)，PLC通过解析动态M扩展指令接口信号DB21.DBD72来执行预定按需冷却功能[2]。相对于系统数据接口，上述提到的用户数据块作为数据交互的途径之一，在本文中泛指根据功能开发需要通过NC VAR SELECTOR软件生成与NC变量对应的自定义数据块，在PLC中通过使用FC2/3功能调用该数据块，实现用户功能程序数据与NC数据的交互，该方法支持西门子向用户提供的所有NC变量与PLC数据进行交互。如通过选择机床位置变量(channel oolactposp[u1,1],具体是通道1中1号轴的位置)生成自定义数据块，在PLC用户程序中监控机床旋转轴位置，从而判断是否可以执行主轴松刀指令。

本文在原控制逻辑基础上，通过使用PLC机床数据(DB20)接口信号交互功能，解决机床测量系统全闭环与半闭环之间的快速切换问题。同时，通过程序优化，实现报警信号的自解析与故障快速定位功能。

2 机床测量系统快速切换PLC程序设计与优化

西门子数控系统支持测量系统切换的方式多样，但最主要的是更改轴信号接口(DB31～DB60)相关数据和机床参数MD30200。

某机床频发测量系统硬件故障，伴随同步超差报警处理过程中，需要频繁切换第一、二测量系统以变换轴第二测量系统读头的相对位置尝试寻找测量系统有效位置，并在此基础上解决移动轴同步问题。原操作是每次通过外部连接安装S7软件的电脑，并在线分别修改每个轴的轴信号(DB3X.DBX1.5/ DB3X.DBX1.6，X是轴号)，在此基础上修改其他机床参数(MD30200等)使期望测量系统生效，该过程繁琐、效率低，且频繁连接外部电脑不符合保密管理规定。本文采用模块化程序设计模式，由机床用户参数14512[n](n为参数编号)控制轴信号的切换，所有轴信号修改定义在同一功能FC中。当某个具体轴测量系统切换时，PLC只需根据14512[n]的设定值调用上述功能FC即可完成相应轴的轴信号(DB3X.DBX1.5/ DB3X.DBX1.6，X是轴号)修改，在此基础上修改其他机床参数即可完成轴测量系统的切换。如此，避免了连接电脑、手动修改程序的繁琐步骤和确认过程。

测量系统快速切换功能流程如图1所示，以切换Y轴为第一测量系统为例，在机床通用参数中将14512[10]的第二位清0，修改机床参数MD30200为1，重启NCK后，Y轴已修改为第一测量系统。反之，将14512[10]的第二位置为1，并修改机床参数MD30200为2，重启NCK后，Y轴已修改为第二测量系统。具体过程如下：当PLC监测到十六进制数据DB20.DBX89.1(即十六进制用户机床数据1512[10]的第二位，本文中第一位到第七位分别对应机床X/Y/Z/A/B/TM/SP轴)变化后，自动判断Y轴机床数据MD30200(编码器个数)是否与Y轴接口信号一致，即DB20.DBX89.1值为1时，MD30200=2，此时是设置第二测量系统将生效；反之， DB20.DBX89.1值为0时，MD30200=1，此时是设置第一测量系统将生效。若不一致则触发测量系统数据设置错误提示，若仅清除报警不修改数据将在后续轴回零后仍触发轴未回参考原点报警。上述设置切换测量系统参数后，自动调用相应轴的接口信号修改功能FC131，如设置半闭环则FC131将执行DB32.DBX1.5置位， DB32.DBX1.6复位等操作。上电后，可执行轴回原点操作。在执行上述程序过程中，若触发相关报警(报警号与接口信号DB2对应)，则自动调用FC152功能。FC152定义了报警号与DB2的地址解析过程，并将解析结果(即当前用户报警地址)保存在14514中，供直接查询和快速定位PLC中的报警点和触发报警的程序段。其中部分重要程序说明如下：

(1) 调用程序。在调用程序中，主要是判断测量系统切换方向，主要程序如下：

CALL FC 131

IN0：=L1.0 // 轴已激活，未屏蔽

IN1：=L1.1 // 当前测量系统状态

IN2：=L1.2 // 测量系统切换指令(0：第一测量系统；1：第二测量系统)

IN3：=LB2 //轴接口数据块号(31-37)

IN4：=T60 //报警定时

OUT5：=M64.3 //输出指令？

IO6：=DB2.DBX248.3 //异常报警

IO7：=DB60.DBW118 //状态信息

(2) 参数修改功能FC131主程序。该部分主要实现轴接口信号的值为复位，其中半闭环置位复位触发器实现代码如下：

OPEN DB35

AN #IN2

S DBX 1.5

A(

A #IN1

AN DBX 93.7

O #IN2

)

R DBX1.5

3 总结

本文在分析常用数据接口信号基础上，结合机床测量系统频发故障，基于原控制逻辑通过增加机床PLC数据接口和控制逻辑优化，实现了机床各轴测量系统快速切换功能，提高了测量系统故障快速定位和快速诊断水平，对于提高机床维护能力和定制开发自定义功能模块具有重要意义。