西门子828D数控机床远程监控系统的研究与应用
韩金利
（山西机电职业技术学院数控工程系，山西长治046000）
摘要：提出了一种基于OPC UA协议的远程监控方案。该方案利用西门子828D数控系统内置的OPC UA服务器功能，实现西门子828D数控机床和实验电脑之间数据的传输。文中以电脑作为远程监控客户端，利用TIA Portal软件中的WinCC RT Profissional设计了远程监控画面。实验测试结果显示，该系统可对数控机床的各种状态信息实现可靠的监控。
关键词：OPC UA；博图；828D；远程监控
中图分类号:TH164；TG659文献标志码:A文章编号：1002-2333（2019）05-0027-03 Research and Application of Siemens828D NC Machine Tool Remote Monitoring System
HAN Jinli
（School of numerical control Engineering,Shanxi Institute of Mechanical&Electrical Engineering,Changzhi046000,China）Abstract:A remote monitoring scheme based on OPC UA protocol
is introduced.The scheme uses the built-in OPC UA server function of SIEMENS828D CNC system to realize data transmission between SIEMENS828D NC machine and experimental computer.This paper designs the remote monitoring client by computer,and the remote monitoring screen is designed by using WinCC RT Profissional in the TIA Portal software.The experimental results show that the system can realize reliable and effective monitoring of various state information of NC machine tools.
Keywords:OPC UA;TIA Portal;828D;remote monitoring
0引言
随着我国经济的快速发展，数控机床在机加行业的使用越来越普遍[1-2]。数控机床是一种集电子、计算机控制、伺服等技术的机电一体化产品[2]，其价格昂贵，加上本身的复杂性使得维修成本很高[4-6]，所以有必要对数控机床运行情况进行有效监控，以提高机床使用效率，尽最大可能保障人员与设备的安全，降低机床操作者及维护者的劳动强度[7-8]。
针对以上情况，文中提出了一种基于OPC UA协议的远程监控方案，该方案是将西门子828D系统、PC机通过路由器组成网络。实现了西门子828D系统状态信息的有效监控。文中详细分析了西门子828D系统的OPC UA网络功能的配置过程，以及TIA Portal V15软件中监控界面的组态设计过程。
1总体方案设计tcp ip协议 opc ua
文中采用西门子828D数控系统，该系统提供两个以太网口：X127（系统正面）用于服务调试；X130（系统背面）用于连接工厂网络。这里X130设为手动设置IP，此时远程监控计算机网卡IP与X130设为同一网段[9]。采用TIA Portal软件的PC系统，在PC系统中采用SIMATIC HMI应用软件，该软件使用的WinCC RT Professional是基于PC的SCADA系统的运行系统软件，可实现数据远程监控，远程监控方案总体框图如图1所示。
2西门子828D系统Sinumeirk OPC UA服务器配置Sinumeirk OPC UA功能需启动系统的MiniWeb Server，这里采用内置的HMI，故只能使用X130以太网口。一般设置步骤：
在概览中输入许可证秘钥，使用
“复位（pro）”软键复位NCK来激活许可证密码[10]。
2）选择“调试”→“授权”→“全部选件”，搜索OPC UA选项，确认该选项已设置。授权设置图如图2所示。
3）这里采用内置HMI，设置X130的IP地址及端口。
a.NCU通过Ethernet接口X130连接到公司网络中，在操作区“诊断”中，按下菜单扩展键，选择软键“TCP/IP总线
→“TCP/IP诊
断”→“TCP/
IP配置”→
“详细”，设置
X130通讯所
需的参数，设
置固定（手动
方式）IP地
址，以及子网
掩码。点击确
基金项目：山西省教育科学“十三五”规划2016年度课题《项目化课程在“数控机床控制与调试”中的应用研
究》阶段性成果（GH-16146）
认，系统需要硬件断电重新上电后生效。
b.设定服务器端口，选择“调试”→“网络”→“公司网络”→“更改”，在“更多端口”一栏中设置X130的端口TCP/4840。
4）选择配置样例文件，选择“调试”→“系统数据”，浏览HMI数据→模板→配置文件，根据系统配置选择相应的配置样例文件，这里采用内置HMI：MiniWeb_linemb_systemconfiguration.ini。
拷贝配置样例文件到HMI数据\设置\制造商目录下，选择文件，点击属性，修改文件名称为systemconfiguration.ini。
5）配置MiniWeb server的IP地址。
将目录cf/siemens/sinumeirk/hmi/miniweb/System/ WebCfg/的模板文件l拷贝到系统CF/oem/Sinumerik/hmi/miniweb/WebCfg目录下，使用server的IP地址，替换文件中所有的localhost，总共有3处。
6）系统重新上电，生效。
3数控系统远程监控界面组态设计
建立新的WinCC工程一般分为以下步骤：1）工程建立及通信设置；2）组态连接；3）运行调试[11]。
3.1工程建立及通信配置
WinCC项目创建首先打开博图软件，在项目设备与网络下，【添加新设备】，选择【PC系统】中的【WinCC Profissional】，点击添加；在网络视图下，给添加的模块配置通信模块——
—“常规IE”；在HMI_RT_1的“连接”选项中，可在“通信驱动程序”选项中选择OPU UA的通信；WINCC V15作为OPC UA的客户端，需要声明OPC UA服务器地址。如：p://192.168.0.110:4840。192.168.0.110是828D系统X130网口的地址，也就是OPC UA服务器的IP地址,
3.2组态
连接
3.2.1添
加
HMI变
量与画面
在左
侧项目树中
打开“HMI
变量”文件
夹，然后双
击显示所
有变量，变量表即打开；在变量表的“名称”（Name）列中，
双击“添加”（Add）。创建了一个新变量；在巡视窗口中，选
择“属性>属性>常规”类别[12]。在“名称”域中输入变量
名称“spindle_speed”；在“连接”框中选择与数控系统通
信所需的cnc连接；在“地址”框中选择变量ns= SinumerikVarProvider;s=/Nck/LogicalSpindle/actSpeed，至
此WINCC变量已创建完毕并已连接到西门子828D系统
中的一个变量或地址。其他HMI变量的建立限于篇幅不
再累述，HMI变量表如图4所示；在项目导航中双击“画面
>添加新画面”。画面在项目中生成并显示在视图中。画
面属性将显示在巡视窗口中。输入画面名称为
监控画面需要显示的要素很多，限于篇幅，这里仅仅
对几个典型对象的动画进行组态说明。
1）机床主轴速度组态动画。
监控画面要求能够实时显示坐标值的变化，这里要
用到“I/O域”对象，操作步骤如下：
a.在右侧“工具箱”（Toolbox）任务卡“元素”选项板
中，将控制元素“I/O域”拖至画面中。
b.在巡视窗口中，选择“属性>属性>常规”。
c.在变量中，单击按钮，打开变量列表，选择变量
“spindle_speed”。至此变量与组态动画建立连接。
2）夹具松紧组态动画。
夹具松紧的实时显示，组态思路为需要插入两张图
片，一张为夹具夹紧，一张为夹具松开。然后关联变量，当
变量为1时，夹具夹紧图片可见，当变量为0时，夹具松开
图片可见，从而达到实时显示的效果。操作步骤如下：
a.在右侧“工具箱”（Toolbox）任务卡“图形”选项板
中，将所需夹具夹紧图片拖至画面中。
b.在巡视窗口中，选择“属性>动画>显示”。
c.点击“添加动画”，选择“可见性”。
d.在变量中，单击按钮，打开变量列表，选择变量
“cnc_fixture”。范围为从1至1，至此变量与组态动画建立
连接。
夹具松开图片组态同上，这里不再赘述。
3）机床三灯组态动画。
监控画面要求能够实时三灯的变化，这里要用到
“基本对象”中的“圆”对象，操作步骤如下：
a.在右侧“工具箱”（Toolbox）任务卡“基本对象”选项
板中，将控制元素“圆”拖至画面中。
b.在巡视窗口中，选择选择“属性>动画>显示”。
c.点击“添加动画”，选择“外观”，点击确定。
d.在变量中，单击按钮，打开变量列表，选择变量
“cnc_red”。范围选为0为白，1为红。至此变量与组态
动画建立连接。（下转第32页）
3.3
运行调试
右击HMI_RT_1在跳出的菜单中选中“开始仿真”，点
击即可跳出仿真页面。如图5为系统远程监控页面，该页面可以显示主轴在机床坐标系下X/Y/Z 轴的位置，
工件坐标系下X/Y/Z 轴的位置、主轴转速、数控机床运行三灯
状态；显示夹具的松紧、
防护门的打开与关闭。4结语
文中介绍了西门子数控系统OPC UA 网络功能
的配置过程，
给出了远程监控系统
的设计方案，
详述了TIA Portal V15中监控画面的制作过程，说明了
PC 机中WINCC 与
数控系统之间的关系，给出了调试程序的具体步骤，
并在实验中得到验证，对今后的教学与科研工作有很大的借鉴意义。
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2016.
（责任编辑
邵明涛）
作者简介：韩金利（1983—），男，工学硕士，讲师，主要从事数控设备
维修与改造、工业机器人应用技术、机电一体化技术的教学与科研工作。
收稿日期:2018-09-27
（上接第128页）
之间的距离，使其能夹紧车轮，若夹紧力过大，则两夹板之间的距离调大。然后进行取车调试，将电磁铁断电，看能否顺利取出自行车，
并做相应的调整。2）控制程序和电路的调试。首先检查所有控制电路
是否接好，是否有接线裸露在外，并进行相应的调整，将步进电动机接通电源，看所有电动机能否以正常速度和正确方向进行旋转。然后将所有电动机接入控制程序，并执行程序，看电动机能否按照输入的指令工作，并验证控制程序是否正确[6]。
以上两部分调试完成后，再对整个停车装置进行整体调试，接通电源，输入控制程序，看整个停车装置是否运行正常，有无明显异常，
并进行相应调整。5
结语
该密集停车装置的制造生产采用批量化，也可以根据用户的不同需求实现私人定制化生产[7]，装置大部分零件都采用经济加工精度加工，降低
成本，同时保证关键零部件的相关精度，
使大部分零件具有互换性，同时密集移动车库的安装与调试方便简单，便于维修和管理。
密集移动车库实现水平密集停车，减少了占地面积，可适用于市场上各种自行车的停放，
可投放于老旧小区、公园以及私家用户，极大地方便了自行车用户的停车需求，鼓励人们低碳出行，绿出行，为环保事业贡献自己的一份力量。
[参考文献]
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王志高，刘岱宗，自行车停车设施规划设计要素[J].城市交通,
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（责任编辑
张立明）
作者简介：李金华（1994—），男，本科在读，机械设计制造及其自动化
专业。
轩亮（1986—），男，博士，硕士生导师，讲师，研究方向为新型机械传动、医疗与康复器械。
通信作者：轩亮，xuanliangxx@163 。收稿日期：2018-09-06

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