1. 引言

　　壓裝深度一直是伺服壓裝設(shè)備的技術(shù)關(guān)鍵，設(shè)置固定的壓裝深度不能滿足所有壓裝的工藝和質(zhì)量要求，經(jīng)常需要頻繁調(diào)整和修改。而一般的壓床沒有設(shè)置調(diào)整導(dǎo)管的壓裝深度的人機(jī)界面。當(dāng)壓裝深度不滿足工藝要求時(shí)，只能通過編程器與611U數(shù)控聯(lián)機(jī)才能修改數(shù)控壓裝參數(shù)。一是這種方法操作難度較大，時(shí)間長，同時(shí)需要專業(yè)的自動(dòng)化工程師來操作修改；二是修改值不能直接反應(yīng)到人機(jī)界面上，有極大的質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。為了更方便的在最短時(shí)間內(nèi)完成深度調(diào)整工作，在操作面板上開發(fā)增加一個(gè)壓裝深度調(diào)整界面，實(shí)現(xiàn)在人機(jī)界面上直接修改壓裝深度成為必要。

2、611U數(shù)控系統(tǒng)數(shù)據(jù)通訊格式

　　西門子611U數(shù)控系統(tǒng)通過PROFIBUS-DP總線與S7-300 CPU上的DP口來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊，通訊采用RS485接口及支持9.6k~12Mbps波特率的高速數(shù)據(jù)傳輸，其中數(shù)據(jù)的報(bào)文頭尾主要是用于規(guī)定數(shù)據(jù)的功能碼、傳輸長度、奇偶校驗(yàn)、發(fā)送應(yīng)答等內(nèi)容，主從站之間的數(shù)據(jù)讀寫核心是參數(shù)接口(簡稱PKW)和過程數(shù)據(jù)(簡稱PZD)。

　　PKW參數(shù)區(qū)域，用于讀、寫參數(shù)值；PZD過程數(shù)據(jù)區(qū)域，包括控制字、設(shè)定值、狀態(tài)字和實(shí)際值。如果PLC需要通過總線來讀、寫數(shù)控系統(tǒng)中的某個(gè)參數(shù)，就需要用到PKW區(qū)域；如果PLC要通過總線來控制數(shù)控系統(tǒng)運(yùn)行或者讀取數(shù)控系統(tǒng)當(dāng)前各種狀態(tài)值等就要用PZD區(qū)域。PKW和PZD的數(shù)據(jù)通訊格式共有五種:PPO1、PPO2、PPO3、PPO4、PPO5，其傳輸?shù)淖止?jié)長度及結(jié)構(gòu)形式各不相同。在PLC和611U數(shù)控系統(tǒng)的通訊方式配置時(shí)要對(duì)PPO進(jìn)行選擇，每一種類型的結(jié)構(gòu)形式如表1。

表1  PKW和PDZ數(shù)據(jù)通訊格式類型的結(jié)構(gòu)形式

　　以上5種不同的PPO類型是用不同的數(shù)據(jù)長度選擇的，而數(shù)據(jù)長度是由數(shù)控系統(tǒng)在自動(dòng)化運(yùn)行環(huán)境中需要完成的任務(wù)決定的。例如：PPO3和PPO4中不包含PKW區(qū)域數(shù)據(jù)，所以只能用于進(jìn)行過程控制，不能對(duì)數(shù)控參數(shù)進(jìn)行讀寫。

　　參數(shù)區(qū)域PKW的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：PKE為一個(gè)字，0～10位是寫待讀寫的參數(shù)號(hào)；第11位是系統(tǒng)預(yù)留位；12～15位是寫作業(yè)報(bào)文ID號(hào)。

　　PKW區(qū)的第二個(gè)字IND，0～7位是表示子參數(shù)號(hào)也就是索引號(hào)；8～15位是系統(tǒng)預(yù)留位。

　　PWE為兩個(gè)字存放參數(shù)值?？偩€數(shù)據(jù)傳輸作業(yè)過程是：首先由PLC將作業(yè)報(bào)文ID發(fā)送到611U數(shù)控系統(tǒng)中，然后系統(tǒng)讀取到作業(yè)ID后根據(jù)作業(yè)ID的任務(wù)來更新（讀取或者寫入）參數(shù)區(qū)域的參數(shù)值，最后611U數(shù)控系統(tǒng)發(fā)給PLC一個(gè)與作業(yè)ID相對(duì)應(yīng)的響應(yīng)ID，PLC讀取到響應(yīng)ID后，就說明參數(shù)讀寫作業(yè)已完成。

　　系統(tǒng)作業(yè)ID，其系統(tǒng)參數(shù)有幾種不同的形式，包括單字節(jié)參數(shù)、雙字節(jié)參數(shù)、另外還有帶索引下標(biāo)的陣列參數(shù)等，對(duì)于不同的參數(shù)其讀寫方式也不一樣，不同參數(shù)的讀寫作業(yè)ID如表2。

表2  不同參數(shù)的讀寫作業(yè)ID

　　與作業(yè)ID號(hào)相對(duì)應(yīng)的ID如表3。

表3  與作業(yè)ID號(hào)對(duì)應(yīng)的相應(yīng)ID

　　作業(yè)執(zhí)行過程中如果出現(xiàn)錯(cuò)誤導(dǎo)致作業(yè)無法完成，則系統(tǒng)返回ID號(hào)為7，具體錯(cuò)誤類型代碼放在參數(shù)區(qū)的第四個(gè)字，代碼含義如表4。

表4  故障代碼含義

3、數(shù)控系統(tǒng)中導(dǎo)管壓裝程序塊格式

　　在611U數(shù)控系統(tǒng)中，壓裝導(dǎo)管的程序塊使用的是基本的定位指令。每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸最多可獨(dú)立編程達(dá)64個(gè)移動(dòng)程序段，程序保存在參數(shù)中。一個(gè)程序段包含程序段號(hào)、指令、指令參數(shù)、方式、位置、速度、加速度修調(diào)、減速度修調(diào)和結(jié)束方式，如表5。

表5  基本定位指令程序段格式

　　上面程序段段號(hào)為3，PLC調(diào)用3號(hào)程序時(shí)，這段定位程序執(zhí)行。定位程序無指令參數(shù)，方式選擇有兩種：ABSOLUTE為絕對(duì)位置定位方式；RELATIVE為相對(duì)位置定位方式。定位目標(biāo)位置為200.000mm，運(yùn)動(dòng)速度為1500mm/min，加速度和減速度都為100%。程序段的結(jié)束方式一共有三種：END、CONTINUE WITH STOP、CONTINUE WITH FLYING:

　　END方式下程序運(yùn)行完這個(gè)程序段后，就結(jié)束；

　　CONTINUE WITH STOP方式下程序運(yùn)行完這個(gè)程序段后，軸減速停止，然后繼續(xù)執(zhí)行下一個(gè)程序段；
　　CONTINUE WITH FLYING方式下程序運(yùn)行完這個(gè)程序段后，軸不停止，然后繼續(xù)執(zhí)行下一個(gè)程序段，后兩種方式程序段如表6；

表6  CONTINUE WITH方式下程序段

　　上面兩段程序執(zhí)行過程中，速度與時(shí)間的曲線圖如圖1。

圖1 兩種方式下速度與時(shí)間的曲線圖

　　從上面的曲線圖中可以直觀的看出CONTINUE WITH STOP方式和CONTINUE WITH FLYING方式的區(qū)別。

4、數(shù)控系統(tǒng)中導(dǎo)管壓裝程序塊對(duì)應(yīng)的參數(shù)

　　在611U數(shù)控系統(tǒng)中，每一個(gè)程序塊中的每一項(xiàng)都對(duì)應(yīng)著一個(gè)參數(shù)，程序塊可以通過參數(shù)來修改，因此PLC通過總線數(shù)據(jù)的傳遞即可更改這些參數(shù)，實(shí)現(xiàn)PLC更改數(shù)控程序。

　　與程序塊對(duì)應(yīng)的參數(shù)為80—87號(hào)，對(duì)應(yīng)關(guān)系如表7。

表7 參數(shù)80-87對(duì)應(yīng)關(guān)系

　　在611U數(shù)控系統(tǒng)中每個(gè)驅(qū)動(dòng)軸有64個(gè)程序段，如何與64套單獨(dú)的參數(shù)相對(duì)應(yīng)，系統(tǒng)通過索引下標(biāo)區(qū)分這64個(gè)程序段對(duì)應(yīng)的參數(shù)，即80—87號(hào)每個(gè)參數(shù)都要帶一個(gè)索引下標(biāo)，下標(biāo)范圍為0—63，共64個(gè)，用來區(qū)分不同的程序段。每一個(gè)程序段的每一個(gè)信息都有一個(gè)參數(shù)與之對(duì)應(yīng)，PLC通過總線可以更改任意一個(gè)程序段的任何信息。

　　本機(jī)床需要更改壓裝導(dǎo)管的深度位置，必須知道壓裝導(dǎo)管程序中壓裝深度位置對(duì)應(yīng)的參數(shù)，因壓床可以對(duì)兩種類型的零件進(jìn)行壓裝，所以壓裝兩種類型的導(dǎo)管也有兩個(gè)程序，在611U程序塊中對(duì)應(yīng)的是3號(hào)程序和13號(hào)程序，壓裝深度位置對(duì)應(yīng)的參數(shù)是81號(hào)參數(shù)，因此要更改壓裝深度就要從PLC中更改參數(shù)81:3和參數(shù)81:13這兩個(gè)（3和13是參數(shù)81的索引下標(biāo)）。

5、PLC讀寫數(shù)控壓裝深度參數(shù)的功能塊設(shè)計(jì)

　　考慮到程序應(yīng)用的通用性，采用模塊化編程，設(shè)計(jì)出參數(shù)讀寫用的功能塊FC塊，通過功能塊接口變量進(jìn)行參數(shù)傳遞，將數(shù)控系統(tǒng)地址、需要讀寫的參數(shù)號(hào)、參數(shù)索引地址等信息作為功能塊的接口變量，這樣通過調(diào)用同一個(gè)功能塊，寫入不同的接口變量就可以很方便的讀寫不同數(shù)控軸的不同參數(shù)。

　　首先確定參數(shù)讀寫FC的接口變量，IN輸入接口變量需要4個(gè)：PKW區(qū)域的起始地址；待讀寫的參數(shù)號(hào)；待讀寫參數(shù)的索引下標(biāo)；讀或?qū)憳?biāo)志位。定義前三個(gè)接口變量的數(shù)據(jù)類型為INT整數(shù)型，第四個(gè)接口變量數(shù)據(jù)類型為BOOL位型，定義1為寫標(biāo)志，表示PLC向611U數(shù)控系統(tǒng)寫數(shù)據(jù)， 0為讀標(biāo)志，表示PLC從611U讀數(shù)據(jù)。

　　壓裝深度參數(shù)數(shù)值需要定義到IN-OUT輸入輸出接口變量中，因在FC塊調(diào)用過程中，需要對(duì)該參數(shù)進(jìn)行讀或?qū)憽?/span>

　　為了判斷讀寫功能的完成情況，F(xiàn)C塊執(zhí)行參數(shù)讀寫任務(wù)完成以后，還需要反饋一個(gè)完成信號(hào)，因此在OUT輸出接口變量中定義一個(gè)讀寫完成信號(hào)。

　　FC程序塊的接口變量中還需要定義一些臨時(shí)變量，用于存放程序執(zhí)行過程中臨時(shí)用到的一些變量。參數(shù)讀寫需要用到系統(tǒng)功能塊SFC14、15，這兩個(gè)系統(tǒng)功能塊的接口變量里有ANY類型的參數(shù)，需要一次對(duì)應(yīng)8個(gè)字節(jié)的PKW區(qū)域所有，因此需要在臨時(shí)變量中定義：PKE兩個(gè)字節(jié)、IND兩個(gè)字節(jié)、PWE四個(gè)字節(jié)。另外還要定義兩個(gè)臨時(shí)變量來存放參數(shù)讀寫時(shí)的返回ID值，用來判斷參數(shù)讀寫完成后是否出錯(cuò)：TypeRep一個(gè)字節(jié)； SFC14、15執(zhí)行后的返回值：RET_V兩個(gè)字節(jié)。以上定義的接口變量如表8。

表8接口變量定義

　　通訊程序編寫時(shí)，先將需要讀寫參數(shù)的參數(shù)號(hào)及索引地址寫入PKW區(qū)域里的PKE和IND：
 
　　L #PAR_NO
　　T #PKE  //寫入?yún)?shù)號(hào)
　　L #PAR_IND
　　T #IND  //寫入?yún)?shù)下標(biāo)

　　程序需要根據(jù)接口輸入變量PAR_W的狀態(tài)來判斷當(dāng)前是讀參數(shù)還是寫參數(shù)，然后跳轉(zhuǎn)到相應(yīng)的程序段執(zhí)行：

　　A #PAR_W
　　JC _W          //若為1則跳轉(zhuǎn)到寫參數(shù)程序段

　　從數(shù)控系統(tǒng)中讀出帶索引的參數(shù)值，作業(yè)ID號(hào)應(yīng)該為6，需要將此ID號(hào)寫入PKE的高4位，用字或運(yùn)算保留其他的位并且將高4位改為6；作業(yè)ID號(hào)6對(duì)應(yīng)的返回ID應(yīng)該為4號(hào)：

　　L W#16#6000    //讀參數(shù)作業(yè)ID號(hào)為6
　　L #PKE
　　OW             //字或運(yùn)算保留低12位
　　T #PKE         //將作業(yè)ID號(hào)加入PKE中
　　L 4
　　T #TypeRep     //讀參數(shù)返回ID應(yīng)該為4
　　JU _C          //直接跳轉(zhuǎn)到總線數(shù)據(jù)發(fā)送程序段

往系統(tǒng)中寫參數(shù)值的作業(yè)ID為8，返回ID為5，同時(shí)需要將寫入?yún)?shù)的數(shù)值寫到PWE中：

　　_W:  NOP 0     //寫參數(shù)程序段標(biāo)號(hào)
　　L W#16#8000    //寫參數(shù)作業(yè)ID號(hào)為8
　　L #PKE
　　OW             //字或運(yùn)算保留低12位
　　T #PKE         //將作業(yè)ID號(hào)加入PKE中
　　L #PAR_V
　　T #PWE         //將寫入?yún)?shù)的數(shù)值寫到PWE
　　L 5
　　T #TypeRep      //寫參數(shù)返回ID應(yīng)該為5

　　相關(guān)讀寫參數(shù)填寫完成后，調(diào)用系統(tǒng)功能塊SFC15來向總線發(fā)送數(shù)據(jù)，并對(duì)應(yīng)寫入發(fā)送數(shù)據(jù)的總線地址、PKW區(qū)域的起始地址及長度：

　　_C:   NOP   0
　　CALL  SFC15                //往總線上傳送數(shù)據(jù)
　　LADDR  :=#PKW_ADD          //總線地址
　　RECORD :=P#L 0.0 BYTE 8    //PKW區(qū)域的起始地址及長度
　　RET_VAL:=#RET_V            //SFC15執(zhí)行的返回值
　　讀寫命令發(fā)送到總線上由系統(tǒng)執(zhí)行，接著用系統(tǒng)功能塊SFC14從總線上讀出執(zhí)行的結(jié)果來判斷執(zhí)行情況、取回讀出的參數(shù)值等：
　　CALL  SFC14                //從總線上讀入數(shù)據(jù)
　　LADDR  :=#PKW_ADD          //總線地址
　　RET_VAL:=#RET_V            // SFC14執(zhí)行的返回值
　　RECORD :=P#L 0.0 BYTE 8    // PKW區(qū)域的起始地址及長度
　　數(shù)據(jù)讀出來后要進(jìn)行處理分析，檢查返回的ID號(hào)是否與之前寫入#TypeRep的值相等，如果相等說明讀寫任務(wù)成功完成，讀出來的參數(shù)值有效可用，同時(shí)將讀寫任務(wù)完成信號(hào)接通：
　　L #PKE                  //取PKE區(qū)的數(shù)據(jù)
　　L 2#1111000000000000    //高4位數(shù)據(jù)保留其余清零
　　AW                      //字與運(yùn)算
　　SRW 12                  //右移12位分離出返回ID號(hào)(高4位)
　　L #TypeRep              //前面賦值的返回值
　　==I                     //比較
　　JCN _AL                 //如果不相等,出錯(cuò)跳轉(zhuǎn)
　　L #PWE                  //取出讀出來的參數(shù)值
　　T #PAR_V
　　SET  
　　= #ACT_OK               //讀寫任務(wù)完成信號(hào)
　　_AL: NOP 0

　　讀寫參數(shù)的功能塊編寫完成后，在主程序中調(diào)用功能塊就可以實(shí)現(xiàn)不同參數(shù)的讀寫功能，調(diào)用功能塊如下。

6、人機(jī)界面開發(fā)

　　人機(jī)界面開發(fā)采用Wincc flexible，變量地址表如表9。

表9人機(jī)界面變量地址表

　　開發(fā)后的人機(jī)界面，壓裝部位選擇、讀寫命令控制、寫入?yún)?shù)的輸入等都可通過面板上的按鍵完成，實(shí)現(xiàn)面板操作直接更改611U數(shù)控系統(tǒng)的壓裝參數(shù)，更改壓裝深度，人機(jī)界面如圖2。

圖2 人機(jī)界面

7、結(jié)束語

　　改進(jìn)后的人機(jī)界面使得原來只有通過編程器才能修改的壓裝深度值，能夠直觀的顯示當(dāng)前設(shè)定的壓裝深度值，不僅可以直接在人機(jī)界面上修改，而且減輕了現(xiàn)場自動(dòng)化工程師的工作量，同時(shí)還使得工藝人員可以對(duì)壓裝深度方便、直接的掌控，給操作和維修人員帶來了極大便捷，有效的控制了壓裝質(zhì)量，降低了質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。