一般來講，機床的控制環(huán)節(jié)由兩部分組成：一是由CNC控制的刀具運動軌跡，即位移控制;二是由可編程邏輯控制器(PLC)順序控制的機床各輔助功能。這些功能主要包括MST代碼的順序動作的執(zhí)行、機床外圍設(shè)備的控制、以及機床報警信息的處理等等，其中機床外圍設(shè)備的控制信息主要是指數(shù)控系統(tǒng)PLC設(shè)備的輸入信息和輸出信息，即I/O信息。IO設(shè)備作為機床重要的數(shù)據(jù)接口，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的輸入和輸出，是實現(xiàn)機床PLC信號采集和控制指令重要的窗口。

　　海德漢數(shù)控系統(tǒng)在狀態(tài)信息監(jiān)控表中有專門的輸入和輸出信號狀態(tài)表，為制造商和最終用戶提供了獲取實際IO點信息的渠道。每個具體的IO狀態(tài)信息的獲取，常規(guī)的操作步驟是：首先通過翻閱對應(yīng)機床的電氣原理圖，查找到準(zhǔn)確的I點或O點;再通過輸入特定密碼進入到IO表格中去搜索具體的地址;最后獲取到目標(biāo)點的狀態(tài)信息。整個操作較為繁瑣，需要熟識機床電氣原理圖，并且要求操作人員對海德漢數(shù)控系統(tǒng)有較高的認(rèn)知技能水平。為了降低查詢操作難度，提升機床設(shè)備的友好性及服務(wù)效率，通過海德漢數(shù)控系統(tǒng)高度兼容的Python編程語言開發(fā)了可視化的IO狀態(tài)監(jiān)控界面。

　　海德漢數(shù)控系統(tǒng)IO模塊和狀態(tài)信息查詢

　　海德漢數(shù)控系統(tǒng)的PL模塊，由PLB620x或PLB610x 基本模塊和I/O模塊組成， I/O模塊又分為數(shù)字量I/O模塊和模擬量I/O模塊，常用的I/O模塊如圖1所示。

圖1 海德漢數(shù)控系統(tǒng)IO模塊硬件

　　海德漢數(shù)控系統(tǒng)界面中，用戶需要輸入特定密碼后獲得PLC查看權(quán)限，然后在TABLE界面中看到Input界面及Output界面，如圖2、圖3所示。

圖2 海德漢數(shù)控系統(tǒng)Input界面

圖3 海德漢數(shù)控系統(tǒng)Output界面

　　從機床標(biāo)準(zhǔn)界面中查詢到具體某個信號的狀態(tài)比較復(fù)雜，雖然可以通過光標(biāo)移動或者GOTO按鍵跳轉(zhuǎn)到具體搜尋的點位上，但也只能看到該點位的英文備注，不僅不直觀，還需要操作人員具備較高的英語技能及查閱電氣圖紙的能力，給實際操作、設(shè)備調(diào)試和設(shè)備檢修造成很多不便，耽誤了時間。

　　界面設(shè)計

　　數(shù)據(jù)可視化這個理念，主要旨在借助于圖形化手段，清晰有效地傳達(dá)與溝通信息。通過將抽象的數(shù)字信號，轉(zhuǎn)化為形象的圖像信號，能更加直觀地反映圖像背后所傳達(dá)的信息。隨著中國制造2025的推進，工業(yè)制造領(lǐng)域?qū)τ跓o紙化裝配、數(shù)據(jù)可視化的要求也越來越高。

　　為此，我們采取使用海德漢二次開發(fā)的方案，設(shè)計一個簡單易懂的可視化IO狀態(tài)界面。海德漢數(shù)控系統(tǒng)支持Python語言開發(fā)的界面，二次開發(fā)的界面可以嵌入到機床本身的系統(tǒng)中，通過側(cè)邊欄的按鈕激活界面。

　　界面設(shè)計方案

　　·將0/1 數(shù)字狀態(tài)變成紅燈/綠燈信號燈狀態(tài)，更形象;

　　·將英文全部改成中文顯示，更易理解;

　　·可以看到對應(yīng)IO點位的名稱，減少尋找難度;

　　·物理地址跟畫面對應(yīng)，更方便排查硬件故障。

　　在設(shè)計界面過程中，遵循CRAP四項基本設(shè)計原理，包括對比 (Contrast)、重復(fù) (Repetition)、對齊 (Alignment)、親密 (Proximity)，在保證信息交互的高效性的同時，盡可能保留美感。該設(shè)計原則目前廣泛應(yīng)用于平面排版、網(wǎng)頁設(shè)計等，能高效地將信息排列成合理、更易理解的順序，也符合人的正常的閱讀順序和設(shè)計心理學(xué)。

　　代碼編寫

　　由于各個機型的IO點排布各不相同，為了確保主程序的完整性，單獨將各個機型的點位排布保存在獨立的機型配置文件中，通過python導(dǎo)入庫的方式加載到程序中。

圖4 IO信號狀態(tài)各個數(shù)據(jù)描述

　　在界面的設(shè)計上，根據(jù)輸入INPUT及輸出OUTPUT分成3列，再根據(jù)柜內(nèi)SLOT的位置分為不同行的組別。每個組別又根據(jù)實際的IO點腳號排布進行分行排列。

　　為保持信息的高效傳遞，省去相同的提示內(nèi)容，統(tǒng)一放置到頁面的最底部，僅供提示作用。另一方面，將信號狀態(tài)的幾種表現(xiàn)狀態(tài)羅列出來，作為提示，當(dāng)IO點信號出錯時可以快速幫助排查問題所在，可以實際反映硬件當(dāng)前的電氣連接狀態(tài)及PLC程序中的變量定義狀態(tài)。

圖5 IO監(jiān)控界面

　　結(jié)束語

　　數(shù)控機床實時的IO狀態(tài)是反映機床各功能部件是否正常的重要信息通道，通過界面直觀地觀測到IO信號，能快速查看機床的當(dāng)前狀態(tài)、排查機床存在的問題。通過Python開發(fā)代碼，設(shè)計可視化界面，能有效提高機床的人機交互界面友好性。

　　從用戶需求出發(fā)，以用戶為中心，挖掘用戶的本質(zhì)需求，更多地站在用戶角度去思考設(shè)計，這樣我們的設(shè)計才能走得更遠(yuǎn)。相比之下，新設(shè)計的IO界面的優(yōu)勢一目了然，幫助用戶在操作過程中可以省去查找電氣原理找相應(yīng)點位的問題，查看信號狀態(tài)變得更加簡單高效;更重要的是，在遇到緊急情況時可以為客戶實現(xiàn)快速搶修，為客戶提供了極大便利。